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离子束加工误差对散射损失的影响研究

国防科技大学学报 2009年第6期31卷 84-88页

作者：吴冬良戴一帆王贵林周林焦长君国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073

离子束加工(Ion Beam Figuring,IBF)去除函数对加工残差具有重要的影响,而加工残差引起的表面散射则导致光学性能发生变化。为了减小加工残差对光学性能的影响,利用基于CCOS成形原理的离子束加工仿真程序对光学镜面进行修形,分析不同去... 详细信息

离子束加工(Ion Beam Figuring,IBF)去除函数对加工残差具有重要的影响,而加工残差引起的表面散射则导致光学性能发生变化。为了减小加工残差对光学性能的影响,利用基于CCOS成形原理的离子束加工仿真程序对光学镜面进行修形,分析不同去除函数宽度对散射损失(Ratio of Scattering Loss,RSL)指标的影响。通过研究可知,随着去除函数宽度的减小,加工残差对散射损失的影响越来越小。因此,根据加工残差对RSL指标的影响程度以及RSL指标要求,可以合理选择去除函数宽度,从而在满足面形精度的同时,优化加工工艺。

关键词：去除函数加工残差散射损失比离子束加工 CCOS

离子束加工中驻留时间的求解模型及方法(英文)

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纳米技术与精密工程 2007年第2期5卷 107-112页

作者：周林戴一帆解旭辉焦长君李圣怡国防科技大学机电工程与自动化学院长沙410073

驻留时间求解问题是离子束加工中的关键问题.通常,离子束加工过程可以描述为一个包含驻留时间的二维卷积方程,理论上通过反卷积即可以求解出驻留时间.然而,反卷积问题是一个病态问题,所以驻留时间一般较难很好地求解出.为了解决这个问题... 详细信息

驻留时间求解问题是离子束加工中的关键问题.通常,离子束加工过程可以描述为一个包含驻留时间的二维卷积方程,理论上通过反卷积即可以求解出驻留时间.然而,反卷积问题是一个病态问题,所以驻留时间一般较难很好地求解出.为了解决这个问题,介绍了一个离散的线性模型——CEH模型,分析了该模型的优点.提出应用截断奇异值分解法(TSVD)来求解CEH模型;深入分析了该方法的优点,并利用“L-曲线”分析了驻留误差和加工量之间的关系以及用“L-曲线”对CEH模型中去除点和驻留点的不同取法进行了评价.仿真结果表明,CEH模型和TS-VD方法对于求解光学镜面离子束加工中的驻留时间很有效.

关键词：离子束加工光学零件加工 CEH模型截断奇异值分解法(TSVD) L-曲线

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光学镜面离子束加工系统设计和分析

中国机械工程 2008年第10期19卷 1213-1218页

作者：焦长君李圣怡解旭辉周林国防科学技术大学长沙410073

研究了离子束加工系统的后置算法和误差补偿等问题。基于DH矩阵法,建立了系统的运动学方程,分析了工艺中离子源和工件的安装误差以及离子源相对于工件的六项对刀误差对加工定位的影响,建立了误差模型。在求解运动学方程时引入纠补矩阵,... 详细信息

研究了离子束加工系统的后置算法和误差补偿等问题。基于DH矩阵法,建立了系统的运动学方程,分析了工艺中离子源和工件的安装误差以及离子源相对于工件的六项对刀误差对加工定位的影响,建立了误差模型。在求解运动学方程时引入纠补矩阵,以消除离子源确定性的安装偏差对切平面定位误差的显著影响。补偿后的误差分析表明:切平面误差模型对对刀和安装精度提出要求后,靶距误差和入射角度误差同时也受到了限制,对加工的影响可以忽略不计。

关键词：离子束加工后置算法误差模型误差补偿

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光学非球面离子束加工模型及误差控制

光学精密工程 2009年第11期17卷 2678-2683页

作者：武建芬卢振武张红鑫王泰升中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了实现光学非球面元件的高精度加工,对先进的离子束加工系统进行了研究。通过对离子束加工系统的分析,给出了加工非球面光学元件的离子源子系统运动模型公式,并将求解驻留时间的反卷积过程转化为求解线性矩阵方程过程以便优化求解。... 详细信息

为了实现光学非球面元件的高精度加工,对先进的离子束加工系统进行了研究。通过对离子束加工系统的分析,给出了加工非球面光学元件的离子源子系统运动模型公式,并将求解驻留时间的反卷积过程转化为求解线性矩阵方程过程以便优化求解。分析了加工过程中出现的离子源定位误差,指出其对最终面形精度的影响可归结为一个系数因子的控制上,并提出了综合考虑离子束材料去除函数和定位误差的方法来控制系数因子以降低对定位系统精度的苛刻要求。仿真验证表明,该模型计算出的驻留时间函数可以有效地保证光学元件的面形精度达0.0381λ;离子束定位误差引起的面形精度的变化量满足最大变化量公式的限制。该模型可用于各种非球面光学元件离子束加工过程驻留时间的求解和设备的定位误差设计,在保证过程稳定的同时降低了设备成本。

关键词：离子束加工非球面定位误差分析驻留时间矩阵方程

大尺寸SIC空间反射镜离子束加工热效应分析与抑制

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红外与激光工程 2014年第8期43卷 2556-2561页

作者：许艳军赵宇宸沙巍齐光中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

离子束加工中从离子源射出的高速离子撞击光学反射镜表面,离子的动能转化成热能以及中和灯丝的热辐射作用,使反射镜温度急剧升高。反射镜温升过快,会导致柔性连接结构胶结部位发生不可逆的非线性变化,并且热膨胀使实际加工位置和理想加... 详细信息

离子束加工中从离子源射出的高速离子撞击光学反射镜表面,离子的动能转化成热能以及中和灯丝的热辐射作用,使反射镜温度急剧升高。反射镜温升过快,会导致柔性连接结构胶结部位发生不可逆的非线性变化,并且热膨胀使实际加工位置和理想加工位置发生偏移,增加了加工误差,因此需要对加工过程中产生的热效应进行抑制。提出了通过规划加工路径和增强散热的方法,增强加工过程的散热,控制反射镜的温度。针对600mm×260mm的某主反射镜,对增强散热前后不同加工路径的离子束加工进行了研究和有限元分析。分析表明:加工路径的选择、增强散热对反射镜的温度分布有较大影响,增强散热前,采用横栅格加工路径,反射镜最高温度为35.8℃,对应全口径PV=λ/5,采用分区纵栅格加工路径,反射镜最高温度则达到52℃,PV=λ/10。增强散热后,不同加工路径离子束加工中,反射镜温度均有所下降,采用横向栅格加工路径反射镜温度最高为28.2℃,对应全口径PV=λ/20,采用分区纵栅格加工路径反射镜温度最高为41℃,PV=λ/7。通过对比,最终采用增强散热的横栅格加工路径的加工方式。对优选的加工路径进行了试验验证,试验结果与仿真结果一致。结果表明:优化加工路径,增强散热措施能够抑制离子束加工的热效应,为离子束加工热效应抑制提供理论基础。

关键词：空间反射镜离子束加工热效应抑制

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光学元件离子束加工驻留时间优化求解

光学学报 2010年第1期30卷 192-197页

作者：武建芬卢振武张红鑫王泰升中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

为了实现光学元件的高精度加工,对离子束加工过程中关键的驻留时间求解算法进行了研究。通过分析离子束加工过程的基本原理,将传统的驻留时间反卷积求解过程转化为求解矩阵方程过程。在将正则化加权因子引入矩阵方程的基础上,又引入额... 详细信息

为了实现光学元件的高精度加工,对离子束加工过程中关键的驻留时间求解算法进行了研究。通过分析离子束加工过程的基本原理,将传统的驻留时间反卷积求解过程转化为求解矩阵方程过程。在将正则化加权因子引入矩阵方程的基础上,又引入额外加工余量这一新的参量,增加了解的自由度,从而扩大了驻留时间解的搜索范围,同时将Gerchberg带限外插算法应用于初始面形的优化延拓中,保证了全孔径范围内面形精度一致。实例计算50mm的平面光学元件表明,面形精度从初始的均方根值为0.5747λ,峰谷值为2.3706λ(λ=632.8nm)收敛到全孔径范围内的均方根值为0.001λ,峰谷值为0.0115λ。由此可见该优化求解过程可有效地求解出驻留时间,为离子束加工过程提供了有力的保障。

关键词：光学制造驻留时间矩阵方程最小二乘正交分解算法离子束加工

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光学镜面离子束加工的可达性

光学精密工程 2007年第2期15卷 160-166页

作者：周林戴一帆解旭辉焦长君李圣怡国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073

提出了离子束加工可达性问题的理论描述和定义,分析了驻留函数解的存在条件,进而分析了采用不同直径的离子束去除不同频率面形误差时额外去除量的大小,最后进行了仿真验证。分析结果表明,对于高斯型的束函数,驻留函数解总是存在的。但... 详细信息

提出了离子束加工可达性问题的理论描述和定义,分析了驻留函数解的存在条件,进而分析了采用不同直径的离子束去除不同频率面形误差时额外去除量的大小,最后进行了仿真验证。分析结果表明,对于高斯型的束函数,驻留函数解总是存在的。但是面形误差频率越高,驻留函数解越大,去除面形误差时去除的额外材料越多。额外的材料去除量随着离子束径和空间误差波长之比(d/λ)的增加而指数增加。当d/λ=0.5时,额外材料去除量为15%,还是可以接受的;当d/λ=1时,额外材料去除量迅速上升到73%,该值即很难被接受。理论分析和仿真结果表明,为了优化加工过程,d/λ应该<0.5。

关键词：离子束加工驻留时间加工可迭性光学镜面加工计算机控制光学表面成形

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光学镜面离子束加工去除函数工艺可控性分析

光学技术 2008年第5期34卷 651-654,658页

作者：焦长君李圣怡解旭辉王登峰周林国防科技大学机电工程与自动化学院长沙410073

实验分析了离子束加工去除函数的工艺可控性问题并进行了初步修形实验。从工艺实现的角度分析光学镜面离子束加工技术对去除函数的要求,以去除函数环半峰全宽、体积去除率和峰值去除率为评价指标研究去除函数的长时稳定性、线性性、小... 详细信息

实验分析了离子束加工去除函数的工艺可控性问题并进行了初步修形实验。从工艺实现的角度分析光学镜面离子束加工技术对去除函数的要求,以去除函数环半峰全宽、体积去除率和峰值去除率为评价指标研究去除函数的长时稳定性、线性性、小扰动鲁棒性以及大参数调节变化等特征,以此分析结果为依据,对Φ100mm K4平面样件进行了修形,经过三次迭代面形RMS误差从0.149λ收敛到0.013λ。实验结果表明:离子束加工中的去除函数具有较长时稳定性,去除量对时间具有线性关系,对工艺参数小扰动的鲁棒性,可以通过调节离子源电源参数优化选取去除函数的宽度和幅值;利用离子束可以对镜面进行高效地修形。

关键词：离子束加工去除函数稳定性工艺可控性

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离子束加工制备超薄膜工艺及应用研究

离子束加工制备超薄膜工艺及应用研究

作者：张臣湖南大学

学位级别：硕士

随着以柔性能源、柔性显示、柔性传感为代表的柔性电子产业迅猛发展,其中核心部件之一柔性透明导电薄膜的高质量制造成为一个关键环节。目前已经开发出的碳纳米管、石墨烯、银纳米线等柔性导电材料还面临着排布随机、制造困难、工艺复... 详细信息

随着以柔性能源、柔性显示、柔性传感为代表的柔性电子产业迅猛发展,其中核心部件之一柔性透明导电薄膜的高质量制造成为一个关键环节。目前已经开发出的碳纳米管、石墨烯、银纳米线等柔性导电材料还面临着排布随机、制造困难、工艺复杂、成本高、无法大面积制造等种种问题。另外一些透明导电材料如ITO等则存在耐弯折性能有限的问题,所以不能满足实际需求。由于金属具有高导电性、高延展性等一系列优良特性,因此近些年科研人员开始将目光转向金属材料,期望制造出厚度较薄的金属薄膜,以用于柔性电子相关应用。同时在科学界,科学家们也将目光转向极小尺度、极高精度研究中。几纳米厚度金属薄膜在厚度上仅仅是原子量级,据预测将具有常规薄膜所不具备的介电和量子非线性光学等特性,如果能制备出超薄金属薄膜便能在实验上真正验证这一切科学假设。但是由于金属材料本身高表面能特性的缘故,导致金属在沉积过程中呈岛状生长,在厚度较薄阶段,金属薄膜表面呈现出不完整的空隙、沟槽,严重影响使用性能。因此,在正常情况下制造纳米厚度金属薄膜是一个很大的挑战。针对金属薄膜难以加工制备的问题,本文进行了相关研究,主要内容包括:(1)提出基于离子束抛光的薄膜制备工艺。使用该工艺制造的金属银薄膜在同等厚度下,能够实现比传统溅射工艺表面粗糙度更好、导电性更佳、表面缺陷更少的效果。并且在实验过程中制备出鲜有报道的厚度4 nm银薄膜,在电镜下观察形貌仍比较完整。(2)对可能影响离子束抛光工艺的衬底、起始抛光厚度、抛光能量、种子层修饰等工艺参数进行研究,从而推测出影响离子束抛光制备的深层次因素。(3)将离子束抛光制备工艺运用于柔性衬底薄膜制备中,制备出柔性透明导电薄膜。经弯折疲劳试验,通过与商用ITO柔性样品比较,其耐弯折疲劳性能较商用ITO样品提高52倍,具有一定商用价值。(4)通过时域有限差分方法,预测出图案化金属薄膜的可能应用,并结合电子束光刻、离子束刻蚀等先进加工方法,探索出金属薄膜图案化加工工艺,为相关科学研究打下制造基础。本文所述离子束抛光工艺较传统溅射工艺制备薄膜在形貌有明显提升,通过离子束抛光工艺能制备出厚度更薄形貌完整薄膜。相关成果可应用于柔性透明导电领域,具有一定市场前景。并且超薄金属薄膜成功制造使基础科学研究中的小尺度微结构实验成为可能,为相关领域的探索奠定制造基础。

关键词：离子束加工薄膜制备透明导电图案化加工