创造世界上最大的碳化硅非球面反射镜

光学系统中的非球面元件可以在不引入新的像差的情况下增加自由设计变量。这提高了成像质量，减小了尺寸和重量。非球面元件广泛应用于空间和地面天文望远镜、深空探测平台、对地观测光学等高端光电仪器中。

望远镜系统的两个关键指标是角分辨率(AR)和光收集能力(LCC)。这些规格与系统的孔径密切相关。AR与望远镜直径成反比，而LCC与望远镜直径的平方成正比。光圈越大，AR和LCC越高越强。因此，增加孔径对提高望远镜的性能至关重要。这就是为什么天文学和地球观测团体都需要大型望远镜。

现代地面望远镜和空间相机主镜尺寸较大，对反射镜材料和全空间频率形状误差控制提出了苛刻的要求。人们迫切希望在支持精确高效制造大型非球面反射镜的反射材料方面取得突破。

在《光：科学与应用》上发表的一篇新论文中，长春光学精密机械与物理研究所张学军教授领导的一个科学家团队开发了一些制造大型镜子的新技术。他们的论文题为“高精度制造世界上最大的碳化硅非球面反射镜的挑战和策略”，该团队在论文中建造了世界上最大的非球面反射镜。

SiC具有较高的比刚度(SS)和尺寸稳定性(DS)。它非常适合恶劣环境的应用。反应结合碳化硅(RB-SiC)工艺可以产生半封闭的背结构，进一步提高其SS和DS。大口径SiC反射镜正在成为世界望远镜界的新宠。制造直径超过2米的大型SiC反射镜是极具挑战性的。还有复杂的物理相变和化学反应。

现有技术不适用于直径超过1.5米的镜子。制造非球面反射镜的难度与孔径的三次方成正比。最大的磁流变整理(MRF)抛光设备的最大加工尺寸为2.5米。

研究人员制造了一个直径3米的单片SiC镜面空白。他们还用反应成形连接技术制作了直径4.03米的SiC镜面毛坯。采用国产MRF24抛光机，最大加工范围4.5 m直径，对4.03 m SiC非球面镜进行高精度抛光。

研究人员还提出了一种PVD包层工艺来改善衬底表面质量。在衬底表面沉积了一层薄的硅熔覆层，其缺陷被硅材料覆盖。在较低的加工温度下，变形率极低。

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