基于光散射的完美光器件

当今时代的创新技术是应对社会某些重要挑战的关键，其中许多技术的核心是光学系统。例如半导体光刻系统，用于制造更小、更节能的微芯片，基于卫星的高分辨率地球观测系统，以及引力波探测领域的基础研究。然而，在光学领域，即使是最微小的缺陷也会导致散射光，从而导致对比度降低和光产率降低。因此，当今的光学系统依赖于优化设计和全面检查光学元件的整个表面。为了实现这一目标，夫琅和费应用光学和精密工程研究所（IOF）正在开发能够检测不需要的散射光的光散射测量技术。

光学表面的表面质量是达到成像质量要求的关键。没有一个表面是完全没有缺陷的。即使是非常接近理想固体的晶体也会出现缺陷和缺陷。早在光学设计阶段就要获得正确的平衡，这就要求在许多方面有详细的规范，包括表面上被认为是可接受的不完美点的程度，以及任何必要的涂层和其他因素可能影响这些值的程度。

这些数据可以由夫琅和费IOF研究所提供，它开发了广泛的光散射测量系统和传感器以及相应的分析方法和光散射模型。这些工具可以用来涂抹一层虚拟涂层，让科学家在生产前进行光散射预测。它们也为复杂光学的在线表征铺平了道路，换句话说，根据表面的设计和结构数据集对其进行自动化检测和完整分析。

 “这些工具有助于在制造成本和有用效益之间取得最佳平衡。卫星上使用的光学器件就是一个很好的例子。这里的挑战是生产同一类型的多个光学器件，例如飞行模型、复位模块等，同时在生产环境中技术上可行的极限下工作，特别是在短波长应用中。这就是为什么依赖光散射测量技术提供的可靠和有意义的在线分析是如此重要，”弗劳恩霍夫国际组织特征小组负责人Marcus Trost说。

光散射测量技术具有明显的优点

表面缺陷传统上是通过显微镜、干涉法或触觉方法来测量的，这些方法包括用金刚石针探测表面。然而，这些技术非常耗时且昂贵。对于光滑的表面，光散射测量系统已经提供了一个尝试和测试的替代方案，它结合了高灵敏度和快速的非接触测量。更重要的是，它们不易受到振动的影响，这使得它们成为一个非常强大的选择。例如，用原子力显微镜检查直径60厘米的镜子的整个表面需要40多年的时间，而光散射技术可以在短短几个小时内完成同样的工作。

这使得该方法成为满足日益苛刻的工业和光学元件研究要求的一个很好的选择。它还可以满足高功能和质量标准，同时优化成本和生产时间。弗劳恩霍夫国际光学基金会已经满足了光学系统生产商对光学特性的国际需求，并在德国的“光谷”（optics Valley）建立了一个坚实的专业网络，这是杰纳地区的一个高科技公司集群。

卫星任务已经受益

弗劳恩霍夫国际光学组织已经为制造和优化许多卫星光学器件贡献了专业知识，包括德国航空航天中心的环境测绘和分析计划（EnMAP）。从今年开始，这个项目的目标是汇编有史以来获得的关于地球表面生态系统的最详细的光谱解析信息。弗劳恩霍夫IOF研究所的技术也被应用到多光谱地球观测应用中，这些应用构成了欧洲航天局哨兵计划的一部分。欧空局今年还将向太空发射一台新望远镜：欧几里德太空望远镜将对宇宙最远的区域进行新的观测，为对暗物质和暗能量的新洞察铺平道路。

准备投入生产

与传统的测量技术不同，这种方法对振动不敏感，因此更容易融入生产过程。超精密金刚石车削机中紧凑型光散射传感器的集成就是很好的一个例子，该机床是专门为快速灵活地表征粗糙度和缺陷而开发的。这使得表面粗糙度的表征可以在制造过程中连续进行，甚至可以根据需要修改工艺参数。

夫琅和费IOF研究所的测量系统也符合夫琅和费灯塔项目“以优化利用率（SWAP）为生产架构的分层群”的标准。该项目旨在确定新的技术概念，以塑造未来的生产。它的重点是从传统的工件加工——这一个确定的过程序列向更协作和（半）自主生产进行转变。

原文链接：https://phys.org/news/2020-06-optics.html