解析我国光学加工技术现状及热点

3.“硬”—硬质光学晶体

碳化硅（SiC）的莫氏硬度为9.5，密度低、膨胀系数低，是各向同性的六角晶体，为新兴的航天光学材料。蓝宝石/红宝石（Al2O3）的莫氏硬度为9，是各向异性的六方晶体，为贵重的光学材料。红宝石是固体激光器发光物质，蓝宝石与红宝石是红外窗材料，蓝宝石同时又是很好的衬底材料。蓝宝石的折射率高、硬度高、色彩艳丽，又是贵重的装饰品及“永不磨损”的高档表面材料。掺钕钇铝石榴石（YAG）的莫氏硬度为8~8.5，是近红外固体激光物质材料。石英晶体（SiO2）的莫氏硬度为7，是各向异性六方晶体，为紫外与红外领域的优质光学材料。目前最热门的是碳化硅和红、蓝宝石的光学加工。

SiO2材料的熔制、表面改性与光学加工在我国尚处于开发研究阶段。上海硅酸盐研究所、西安光机所、上海技物所与南京天文光学技术研究所的攻关研究已经取得可喜进展。目前，我国已经研制出口径为520mm的SiO2成像非球面镜，正向口径为800mm的方向发展。

蓝宝石硬度高，加工方法特殊，工艺方法有很多创新，重点是在精磨抛光上。磨料和抛光料可以用金刚石研磨膏或金刚石微粉，其粒度为w1，w0.5，w0.25，甚至更；也可以用金刚石微粉抛光皮。磨模抛光模可以用钢模、金刚石模、树脂铜模或宝石模。此外，SiO2化学抛光液也可以取得很好的效果。

4.“精”—超精光学镜头或光学元件

4.1.超精光学表面加工工艺

光学表面对面形精度及表面粗糙度的要求越来越高，光学镜头（紫外光刻镜头等）也需要有接近衍射极限的成像质量，这些都促使超精加工中出现了一批新的加工工艺与方法，包括：计算机数控小工具光学表面加工（CCOS）、磁流变抛光（MRF）技术及离子束抛光（IBF）技术。20世纪80年代，我国开始研究CCOS，现在技术已经成熟；20世纪90年代，我国开始研究MRF技术，目前也有很大进展。近几年，美国QEDTechnologies公司也开始提供MRF技术和设备。同时，国防科技大学也利用IBF技术修饰光学表面，粗糙度达到了1nm。

数字波面干涉仪是检测面形精度的主要仪器，我国在1985年完成了第一台样机的研制。近几年，南京理工大学研制了小型球面干涉仪，造价低，使用方便，市场占有率很高，他们最近又为"神光Ⅲ"研制出口径为600mm的红外干涉仪。在测量非球面面形方面，国外提出了子孔径干涉法和环带法，平面、球面或者非球面都可以用干涉仪直接测量面形。

4.2.超精光学镜头的超精装校技术

超精光学装校是生产接近衍射极限光学镜头的另一个重要保证。超精定中心专用立式装校车床是超精光学装校的关键。

国内最早的装较仪是成都光电所生产的口径为500mm的精密定心装校仪。仪器主轴是超精密轴承结构，径向跳动和轴向跳动都达到1μm。现在国外这类定心机床中的液体静压轴承径向跳动已达到了0.1μm，空气轴承径向跳动已达到0.05μm。

超精光学装校以机床主轴为基准，全部镜片的球心都交在机床主轴上，从而达到以光轴为基准的超精装校。在装校过程中还可以按照镜头成像要求来进行调整。超精镜头是光学镜头的最高要求，典型代表是紫外光刻镜头、干涉仪标准镜头、望远镜校准镜头与空间相机等。

我国近期开展的193nm超紫外光刻镜头给光学设计、光学加工和光学装校带来了很大的挑战。据初步估测，如果要完成该镜头给定的设计指标需要30多个镜片，所用光学材料主要为硬质石英玻璃与软质的氟化钙（CaF2）晶体。显然这种材料的表面应该是超光滑级，表面面形超精密级，加工难度非常大，而光学装校也就不言而喻了。浙江大学现代光学仪器重点实验室几年前研制成功了大面积投影光刻物镜，其技术指标是：通光口径为280mm，数值孔径NA为0.08，曝光波长为365nm，景深为0.25μm，线视场为203.2mm，分辨率小于等于2.5μm（理论极限值）。这一类超高精度物镜的制造技术也是光电行业内普遍关注的热点问题。

5.结束语

应对国际金融危机，我国光电信息产业应该调整企业的产业结构，针对光学工艺的热点问题，结合企业的实际情况，从“小、大、硬、精”四个方面选择突破点，培植新的GDP增长点，使国际金融危机带来的负面影响降低到最小。