Konvergent Polering: En enkel, hurtig, fuldstændig Aperture Polering Process af høj kvalitet Optiske Flats & Spheres

Summary

A novel optical polishing process, called “Convergent Polishing”, which enables faster, lower cost polishing, is described. Unlike conventional polishing processes, Convergent Polishing allows a glass workpiece to be polished in a single iteration and with high surface quality to its final surface figure without requiring changes to polishing parameters.

Abstract

Convergent Polering er en hidtil ukendt polering system og fremgangsmåde til efterbehandling plane og sfæriske glasoptik hvor et emne, uafhængig af den oprindelige form (dvs. overflade figuren), vil konvergere til den endelige overflade figur med fremragende overfladekvalitet under en fast, uforanderlig sæt polering parametre i en enkelt polering iteration. I modsætning hertil konventionelle fuld blænde polering metoder kræver flere, ofte lange, iterative cyklusser involverer polering, måling og procesændringer at opnå den ønskede overflade figuren. Konvergerende Polering Processen er baseret på begrebet emne-lap højde mismatch medfører trykforskel der aftager med fjernelse og resultater i emnet konvergerer til formen af ​​omgangen. Den vellykkede gennemførelse af de sammenfaldende Polering processen er et resultat af en kombination af en række teknologier til at fjerne alle kilder til uensartet geografisk materiale fjernelse (undtagen emne-lapmismatch) for overfladeværdi konvergens og nedbringe antallet af useriøse partikler i systemet til lavt scratch tætheder og lav ruhed. Konvergerende Polering proces er blevet påvist til fremstilling af både lejligheder og kugler af forskellige former, størrelser og størrelsesforhold om forskellige glasmaterialer. Den praktiske virkning er, at høj kvalitet optiske komponenter kan fremstilles hurtigere, mere gentagne gange, med mindre metrologi, og med mindre arbejdskraft, hvilket resulterer i lavere enhedsomkostninger. I denne undersøgelse er en sammenhængende Polering protokollen specifikt beskrevet til fremstilling 26,5 cm firkantet kvartsglas lejligheder fra en fin jordoverflade til en poleret ~ λ / 2 overflade figur efter polering 4 timer pr overfladen på en 81 cm diameter poler.

Introduction

De vigtigste trin i en typisk optisk fremstillingsproces omfatter formning, slibning, fuld blænde polering, og nogle gange lille værktøj polering ^1-3. Med stigende efterspørgsel efter høj kvalitet optiske komponenter til billedbehandling og lasersystemer, har der været betydelige fremskridt i optisk fabrikation i løbet af de sidste årtier. For eksempel, præcision, deterministisk materiale fjernelse er nu muligt i udformningen og slibning processer med fremskridt i Computer Numerical Controlled (CNC) glas forme maskiner. Tilsvarende lille værktøj polering teknologier (f.eks computerstyrede optisk belægning (CCOS), ion regne, og magneto-reologiske efterbehandling (MRF)) har ført til deterministisk materiale fjernelse og overfladeværdi kontrol, således kraftigt påvirker den optiske fabrikation industri. Men den mellemliggende trin i den afsluttende proces, fuld blændeåbning polering, mangler stadig høj determinisme, der typisk kræver faglært opticians til at udføre flere, ofte lange, iterative cyklusser med flere procesændringer at opnå den ønskede overflade figur ^1-3.

Det store antal polering metoder, proces variabler, og de ​​komplekse kemiske og mekaniske interaktioner mellem emnet, skød og slam ^3-4 har gjort det udfordrende at omdanne optisk polering fra en 'kunst' til en videnskab. For at opnå deterministisk fuld blænde polering skal slibeeffekt være godt forstået. Historisk set har slibeeffekt blevet beskrevet af den udbredte Preston ligning ⁵

(1)

hvor DH / dt er den gennemsnitlige tykkelse fjernelse sats, k _p er den Preston konstant, σ _{o er}det anvendte tryk, og V _r er den gennemsnitlige relative hastighed mellem emnet og skødet. Figur 1 viser skematisk de fysiske begreber, der påvirker slibeeffekt som beskrevet i Preston ligningen, herunder rumlige og tidsmæssige variationer i hastighed og tryk, forskelle mellem anvendt tryk og trykfordelingen at emnet erfaringer, og friktion effekter ^6-8. Især er det faktiske trykfordeling opleves af emnet styres af en række fænomener (beskrevet detaljeret andetsteds ^6-8), som kraftigt påvirker resulterende overflade figur af emnet. Også i Preston ligningen, de mikroskopiske og molekylære niveau Virkningerne er stort set foldet ind i makroskopiske Preston konstant (K _P), som påvirker den samlede slibeeffekt, mikro-ruhed, og selv ridser på emnet. Forskellige undersøgelser har udvidet Preston model til regnskab til mikroskopisk gylle partikel-pad-emne interaktioner at forklare slibeeffekt og mikroruhed ^9-16.

For at opnå deterministisk kontrol af overfladevand tal under fuld blænde polering, hver af de fænomener, der er beskrevet ovenfor skal forstås, kvantificeres og derefter kontrolleres. Strategien bag Konvergent Polering er at fjerne eller minimere de uønskede årsager til manglende ensartet fjernelse af materiale, enten gennem manipuleret poler design eller ved proceskontrol, således at fjernelse kun er drevet af emnet-lap mismatch grund emne form ^{7,17- 18.} Figur 2 viser, hvordan emnet form kan føre til konvergens baseret på arbejdsemnet-lap mismatch koncept. Overvej en flad skød og en hypotetisk emne af komplekse form vist øverst til venstre. Grænsefladen højde mismatch (benævnt hullet, Ah _OL) påvirker grænsefladen trykfordeling (σ) som:

indhold "FO: keep-together.within-side =" altid "> (2)

hvor H er en konstant, der beskriver den hastighed, hvormed trykket falder med en stigning i kampen Ah _oL ^6. I dette eksempel emnet har den højeste lokale tryk i centrum (se nederst til venstre i figur 2), og dermed denne placering vil observere den højeste oprindelige slibeeffekt under poleringen. Som materiale er fjernet, vil trykforskellen over emnet falde på grund af et fald i arbejdsemnet-lap mismatch, og emnet vil konvergere til formen af ​​skødet. Ved konvergens, emnet trykfordeling og dermed fjernelse af materiale, vil være ensartet i hele emnet (se højre side af figur 2). Dette eksempel er illustreret for en flad omgang, howevER, det samme begreb gælder for et sfærisk lap (enten konkav eller konveks). Igen, dette konvergensproces fungerer kun, hvis alle de andre fænomener, der påvirker fysisk materiale uensartethed er blevet elimineret. De specifikke procedurer og tekniske afhjælpninger gennemført i konvergerende Polering protokollen er beskrevet i diskussionen.

Beskrevet i den følgende undersøgelse protokollen er konvergerende poleringsprocessen specifikt til en 26,5 cm kvadrat kvartsglas glas emne ud fra en fin jordoverfladen. I 8 timers polering (4 timer / overflade), kan dette emne opnå en poleret fladhed ~ λ / 2 med meget høj overfladekvalitet (dvs. lav scratch densitet).

Protocol

1. Fremstilling af Polisher og Gylle Først forberede Konvergent Polering system (specielt kaldet C onvergent, jeg nitial Surface Independent S Ingle Iteration, R ogue Partikel-Free Polisher eller CISR (udtales 'saks ")) 7,17 ved at installere puden & skillevæg, konditionering puden, fortynding og kemisk stabilisering af opslæmningen, og indarbejde opslæmningen i fi…

Representative Results

Den konvergente Polering protokollen beskrevet ovenfor tillader en jorden kvartsglas emnet (i dette tilfælde en 26,5 cm kvadrat), der skal poleres, i en enkelt iteration af 4 timer per overflade, til en spids-til-dal fladhed ~ λ / 2 (~ 330 nm) for lav aspektratio arbejdsemner og ~ 1λ (~ 633 nm) for højdimensionsforhold arbejdsemner (se figur 3). Igen denne proces flere gange konvergerer arbejdsemner til den samme endelige overflade figur uden at kræve ændringer polering parametre og er uafhængig …

Discussion

Som omtalt i indledningen, vellykket gennemførelse konvergerende polering for overfladevand tal indebærer at fjerne eller minimere alle de fænomener, der påvirker fysisk materiale uensartethed end den at emnet-lap mismatch grundet emnet form. Hvis nogen af ​​disse fænomener ikke er passende afbødes, enten gennem processtyring eller ved passende teknik af poler, så den ønskede konvergens punkt ikke kan opnås eller opretholdes; derfor hovedsagelig hver afbødning bliver kritisk. For at illustrere dette, <stro…

Materials

Name of Material/Equipment	Company	Catalog Number
MHN 50 mil Polyurethane Pad	Eminess Technologies	PF-MHN15A050L-56
Cerium oxide polishing slurry	Universal Photonics	HASTILITE PO
Septum Glass (waterjet cut)	Borofloat ; Schott	NA
Diamond conditioner	Morgan Advanced Ceramics	CMP-25035-SFT
Ultrasonic Cleaner	Advanced Sonics Processing System	URC4
Purification Optima Filter cartridge	3M	CMP560P10FC
Blocking Pitch	Universal Photonics	BP1
Blocking Tape	3M	#4712
Cleanroom Cloth	ITW Texwipe	AlphaWipe TX1013
Single Particle Optical Sensing	Paritcle Sizing Systems	Accusizer 780 AD