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传统光学工艺过程中,光学元件表面在研磨期间,由于工件切削力等因素的作用,会导致光学元件表面及内部产生裂纹;在抛光工艺之后这一系列的表面损伤会被一层表面抛光重沉积层所覆盖,而产生亚表层损伤层。若一些用在精密设备中的超光滑零件内部存在亚表层损伤(主要是裂纹),则会使光学设备性能下降;随着激光技术的发展和激光器功率水平的提高,光学零件的亚表层缺陷是导致激光损伤的主要根源之一。
由于亚表层损伤是在光学工艺阶段产生的,不同的光学工艺过程以及工艺因素都会对亚表层损伤产生不同的影响。本文首先分析了亚表层损伤检测技术:通过研究国内外亚表层损伤不同检测方法,并根据实验室现有条件,确立了以偏光显微镜为分析设备,以Taylor Hobson接触式以及非接触式检测仪为检测设备的检测方法,并对其进行检测精度分析;其次在查阅国内外资料的基础上,分析了不同光学工艺因素对亚表层损伤产生的影响,初步研究确定了光学元件的亚表层损伤可由表面粗糙度因素、应力因素、抛光工艺因素决定。根据实验室现有的光学工艺设备,就影响亚表层损伤的以上三方面因素设计了工艺实验方案。在此基础上分别利用传统方法、磁流变抛光方法、柔性抛光方法、磁流变抛光与柔性抛光组合抛光方法制备了实验样片。通过对实验样片的检测,分别对以上方法的亚表层损伤进行了亚表层损伤表面形貌分析、损伤深度、不同深度的损伤密度分析,初步探索光学元件亚表层的损伤机理。所取得减少亚表层损伤的研究成果如下:
①使表面粗糙度减少的光学工艺因素可减少亚表层的损伤;
②适当的抛光压力,会使得亚表层损伤程度减小;
③抛光时间越长,亚表层损伤就越小;但是抛光时间过长,试样表面粗糙度虽然减少,但亚表层损伤仍会增加;
④在组合抛光实验中,首先利用磁流变抛光可以缩短抛光时间,再利用柔性抛光以后,可以在很大程度上减少由磁流变抛光所带来的亚表层损伤。