Tecnologia de polimento de feixe de íons de superfície asférica de grande abertura

Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, os meios de processamento óptico continuam a evoluir. Os métodos de processamento de superfície óptica foram desenvolvidos a partir de métodos tradicionais de baixa eficiência e baixa precisão, como método de formação de padrões, método de corte de banda e método de usinagem de tensão para tecnologia de formação de superfície de computador com base em tecnologia de computador e tecnologia de interferência de laser, e a eficiência de processamento óptico e precisão de processamento foram muito melhoradas. O método de polimento de feixe de íons com maior certeza de processamento também foi introduzido no campo do processamento óptico, melhorando ainda mais a certeza e a precisão do processamento óptico.

O polimento de feixe de íons foi proposto pela primeira vez em 1988 por Wilson e Reicher et al. É um método técnico que difere dos métodos tradicionais de usinagem óptica em princípio. Fisicamente, o estado de existência da matéria é dividido em sólido, líquido e gás, e a matéria pode ser transformada entre si nos três estados absorvendo ou liberando energia. Quando a substância está no estado gasoso, se ela absorve ainda mais energia, ela pode ser excitada para o plasma, então o plasma também é conhecido como o quarto estado da matéria. O polimento do feixe de íons utiliza o quarto estado da matéria, plasma, para obter a remoção do material.

Diagrama esquemático do princípio de polimento de feixe de íons

É um avanço fundamental no campo do processamento óptico, que realiza o domínio cruzado desde a remoção do material de contato até a remoção do material sem contato, e pode realizar a remoção de material no nível atômico em princípio, trazendo novas possibilidades e aplicações para processamento óptico.

A Kodak Company dos Estados Unidos na década de 1980 começou a realizar pesquisas relacionadas ao polimento de feixe de íons e montou sua própria máquina de polimento de feixe de íons com capacidade de processamento de calibre de 2500mm. Esta é também a primeira vez relatada que o polimento de feixe de íons foi usado para usinar asferas fora do eixo de grande diâmetro, que é de grande importância para a aplicação de polimento de feixe de íons no campo da usinagem óptica.

A máquina de polimento de feixe iônico lançada pela empresa alemã NTG e pelo Instituto Alemão de Pesquisa IOM também tem a capacidade de polimento de elementos ópticos asféricos, e o diâmetro máximo de processamento da máquina de polimento de feixe iônico lançada pela empresa atinge 2000mm.

Diagrama de função de remoção de polimento de feixe de íons

Além do polimento de espelho de sistemas de imagem comuns, o polimento de feixe de íons também foi aplicado ao processo de polimento de precisão do sistema objetivo da máquina de litografia com requisitos de maior precisão de processamento. A Zeiss Company na Alemanha controla com precisão a precisão da remoção, ajustando o tamanho da função de remoção de polimento de feixe de íons e energia de íons e outros parâmetros, e realiza o polimento do objetivo de litografia ultravioleta extrema. E alcançou o efeito ideal.

O sistema universal de gravação de feixe iônico desenvolvido de forma independente pelo Beijing Edvance Ion Beam Technology Research Institute Co., Ltd. pode não apenas realizar a gravação tradicional de micro e nano estrutura, mas também obter limpeza de feixe iônico, polimento de superfície material e outras funções. Em termos de dispositivos microópticos de precisão, a Edvance desenvolveu com sucesso o primeiro dispositivo óptico binário de grande porte da China para o Changchun Optical Machinery Institute e forneceu conjuntos completos de equipamentos e software de processo.

As principais vantagens do polimento de feixe de íons: 1. remoção de material sem contato, o espelho não será deformado por estresse durante o processamento, por isso não produzirá efeito de cópia. A função de remoção na borda do espelho não muda por causa da área de contato e mudanças de pressão, a função de remoção de borda é a mesma que o centro, e não há efeito de borda no processo de usinagem. Durante o processo de usinagem, a fonte de íons pode mover completamente a superfície da peça de trabalho, garantindo que o processo de usinagem possa ser totalmente convolvido e tenha uma operabilidade mais forte. 2. função de remoção quase gaussiana. Diferente da função de remoção de outros métodos de processamento óptico, a função de remoção do método de polimento de feixe de íons tem um espaçoDistribuição perto de Gaussian, o que é fácil de resolver o tempo de espera de processamento. Ao mesmo tempo, porque o processo de polimento do feixe de íons ocorre no vácuo, os fatores que determinam a taxa de remoção do material são mais claros, há menos componentes que afetam a estabilidade da função de remoção, e a controlabilidade e a estabilidade da função de remoção são melhores, Que é conveniente obter a função de remoção com características diferentes ajustando os parâmetros de trabalho, melhorando assim a controlabilidade e a precisão do processamento óptico. 3. Melhor adaptabilidade de processamento óptico, durante o processo de polimento de feixe de íons, o feixe está sempre bem equipado com o espelho óptico, e o erro da banda de frequência causado pela incompatibilidade entre a ferramenta e o espelho não será introduzido. Não é apenas adequado para usinagem óptica de superfície plana e superfície esférica, mas também para usinagem de alta precisão de superfície asférica com alto gradiente. Ao mesmo tempo, o método de polimento de feixe de íons pode ser usado para o processo de polimento de alta precisão dos materiais ópticos mais comumente usados, sem a necessidade de usar diferentes abrasivos ou fluidos de polimento de acordo com os diferentes materiais. 4. processo de remoção de material mais preciso. Durante o polimento do feixe de íons, a taxa de remoção do volume do material e a distribuição de remoção do material são altamente controláveis. Em comparação com o método de contato, a função de remoção de polimento de feixe de íons pode ser calibrada com precisão e calculada através de cálculo experimental e matemático, de modo a garantir que o polimento de feixe de íons tenha uma alta eficiência de convergência, que é um método de usinagem determinístico real. 5. Para uma gama mais ampla de possibilidades de aplicação, os métodos tradicionais só podem realizar o planejamento de processamento com a remoção de material como o único objetivo, e cada método muitas vezes não pode convergir e corrigir efetivamente todos os rediais de banda espacial devido às suas características técnicas. No processo de polimento de feixe de íons, os íons interagem com materiais de espelho, e uma série de processos físicos complexos ocorrem durante este processo, que não só pode remover materiais com precisão, mas também ser usado para melhorar a qualidade da superfície do espelho. Por exemplo, o método da camada sacrificial é usado para melhorar a rugosidade do espelho, e o método de remoção de material adicional é usado para alcançar a convergência de banda total.

No entanto, o método de polimento de feixe de íons também é limitado por seu princípio de processamento e só pode ser aplicado em condições de vácuo. A taxa de remoção de material formada pelo efeito de pulverização catódica é relativamente baixa, e o método de polimento de feixe de íons é mais adequado para a aplicação no estágio final da usinagem óptica para atingir maior precisão ou o objetivo final de processamento.