Конвергентные Полировка: Простой, быстрый, полностью открытой диафрагме Полировка Процесс высококачественного оптического Квартиры и сфер
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
Конвергентное Полировка систему новым полировки и способ отделки плоских и сферических стекл нных оптики, в котором заготовка, зависит от его первоначальной форме (то есть, поверхность фигуры), будет стремиться к конечной поверхности рисунка с отличным качеством поверхности при фиксированном, неизменного набора полировки параметров в одной итерации полировки. Напротив, обычные методы при полностью открытой диафрагме полировки требуется несколько, часто длинные, итерационные циклы, связанные с полировки, метрологии и технологических изменений для достижения желаемого профиля поверхности. Сходящийся процесс полировки основан на концепции заготовки-круга высоты несоответствия, в результате перепада давления, что уменьшается с удалением и результатов в заготовке, сходящихся к форме круга. Успешная реализация сходящийся процесс шлифовки результатом сочетания ряда технологий, чтобы удалить все источники неравномерного пространственного удаления материала (для заготовки-м круге, за исключениемнесоответствие) для поверхностного фигурного сходимости и уменьшить количество изгоев частиц в системе низкой плотности царапин и низкой шероховатостью. Сходящийся процесс полировки была продемонстрирована для изготовления обеих квартир и сфер различных форм, размеров и пропорций по различным стеклянных материалов. Практическое воздействие высокого качества, что оптические компоненты могут быть изготовлены быстрее, более раз, с меньшим метрологии и при меньших затратах труда, что приводит к снижению удельных затрат. В этом исследовании, протокол Конвергентные Полировка описаны конкретно для изготовления 26,5 см квадратный из плавленого кварца, квартиры от прекрасного поверхности земли до полированной ~ λ / 2 поверхности фигуры после полировки 4 ч в поверхности на диаметре Полировщик 81 см.
Introduction
Основные этапы в типичном оптического процесса изготовления включают формирование, шлифовки, полный полировки диафрагмы, а иногда и небольшой инструмент для полировки 1-3. С ростом спроса на высококачественные оптические компоненты для работы с изображениями и лазерных систем, имели место существенные достижения в оптическое производство в течение последних нескольких десятилетий. Например, точность, детерминированный удаление материала теперь можно во время формирования и шлифовальные процессов с достижениями в области компьютерных числовым программным управлением (ЧПУ), выдувание стекла машины. Кроме того, небольшая утилита, технологии полировки (например, с компьютерным управлением оптический наплавки (CCOs), ионный выяснить, и магнитно-реологические отделка (MRF)) привели к детерминированной удаления материала и контроля профиля поверхности, таким образом, сильно влияя на оптическое производство промышленности. Тем не менее, промежуточный этап чистовой обработки, полной полировки диафрагмы, по-прежнему не хватает высокую детерминизм, как правило, требует квалифицированного opticiaнс проводить несколько, часто длинные, итерационные циклы с многочисленными изменениями процесса с целью достижения к нужному поверхности Рисунок 1-3.
Большое количество полировальных методов, переменных процесса и комплекса химических и механических взаимодействий между заготовкой, коленях и шлама 3-4 сделали это сложным для преобразования оптического полировки с «искусство» к науке. Для достижения детерминированный полный полировки диафрагмы, скорость удаления материала должны быть хорошо изучены. Исторически сложилось так, скорость удаления материала была описана в широко используемой уравнения Preston 5
(1)
где DH / DT является средняя скорость удаления толщина, к р постоянной Престон, σ выводаприложенное давление, и V г средняя относительная скорость между заготовкой и коленях. Рисунок 1 схематически изображает физические понятия, которые влияют на скорость удаления материала, как описано в Preston уравнение, в том числе пространственных и временных вариаций в скорости и давления, различия между приложенное давление и распределение давления, что опыт заготовки и эффекты трения 6-8. В частности, фактическое распределение давление, испытываемое заготовки регулируется ряда явлений (описанных подробно в другом месте 6-8), которые сильно влияют результате поверхность фигуру заготовки. Кроме того, в Престон уравнения, микроскопические и молекулярные эффекты на уровне в значительной степени складывается в макроскопической постоянной Престон (К П), который влияет на общий уровень удаления материала, микро-шероховатости, и даже царапин на заготовке. Различные исследования расширили модель Престона к ответу для микроскопического шламовые взаимодействия частиц PAD-заготовки объяснить скорость удаления материала и микронеровности 9-16.
Для достижения детерминированный контроль поверхности рисунка при полной полировки диафрагмы, каждый из явлений, описанных выше, следует понимать, количественно и затем под контролем. Стратегия за конвергентного полировки для устранения или минимизации нежелательных причин неравномерного удаления материала, либо через продуманная конструкция шлифовальной или управления процессом, например, что удаление приводится только несоответствием заготовки-м круге из-за формы детали 7,17- 18. Рисунок 2 иллюстрирует, как форма заготовки может привести к конвергенции на основе несоответствия концепции заготовки-круга. Рассмотрим плоскую круг и гипотетический заготовки сложной формы, показанной в левом верхнем углу. Высота интерфейс несоответствие (далее как разрыв,; H ПР) влияет на распределение давления интерфейс (σ), как:
Содержание "FO: Keep-together.within-странице =" всегда ">
(2) где Н является константой, описывающий скорость, при которой давление падает с увеличением зазора & delta; H ол 6. В этом примере, заготовка имеет самый высокий локальное давление в центре (см нижний левый рисунок 2), и, следовательно, это место будет соблюдать самые высокие начальную скорость удаления материала при полировке. Как удаляют материал, перепад давления на заготовки будет уменьшаться в связи с уменьшением в несоответствии заготовки-круга, и заготовка будет стремиться к форме круга. В сходимости, распределение заготовки под давлением, и, следовательно, удаления материала, будет равномерным по всей обрабатываемой детали (см правую часть рисунка 2). Этот пример иллюстрируется на плоской коленях, howevэ-э, та же концепция применяется для сферической коленях (или вогнутым или выпуклым). Опять же, это процесс сближения работает, только если все другие явления, влияющие на пространственное материала неравномерность были устранены. Конкретные процедурные и технические меры по снижению риска реализованы в протоколе полировки конвергентного описаны в обсуждении.
Протокол, описанный в следующем исследовании процесс полировки конвергентное специально для 26,5 см квадратный из плавленого кварца стеклянной заготовки, начиная с тонкой поверхности земли. В 8 часов полировки (4 часа / поверхностных), это заготовка может достичь полированный плоскостность ~~~HEAD=pobj~~poss λ / 2 с очень высоким качеством поверхности (т.е. низкой плотности царапин).
Protocol
Representative Results
Discussion
Как уже говорилось во введении, для успешной реализации конвергентных Полировка по отношению к поверхности рисунок включает в себя устранение или сведение к минимуму все явления, которые влияют на пространственное материала неравномерность исключением того, что заготовки-м круге не?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344 within the LDRD program.
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 |
Riferimenti
- Anderson, D., Burge, J., Thompson, B., Malacara, D. Ch 28. Handbook of optical engineering. Optical fabrication. , (2001).
- Karow, H. . Fabrication Methods for Precision Optics. , (1993).
- Brown, N. J. A short course in optical fabrication technology. , (1981).
- Cook, L. Chemical processes in glass polishing. J. Non-Crystal. Solids. 120, 152-171 (1990).
- Preston, F. The Structure of Abraded Glass Surfaces. Trans. Opt. Soc. 23 (3), 141-14 (1922).
- Suratwala, T., Feit, M., Steele, R. Toward Deterministic Material Removal and Surface Figure During Fused Silica Pad Polishing. J. Am. Ceram. Soc. 93 (5), 1326-1340 (2010).
- Suratwala, T., Steele, R., Feit, M., Desjardin, R., Mason, D. Convergent Pad Polishing of amorphous fused silica. International Journal of Applied Glass Science. 3 (1), 14-28 (2012).
- Suratwala, T., Feit, M., Steele, R., Wong, L. Influence of Temperature and Material Deposit on Material Removal Uniformity during Optical Pad Polishing. J. Am. Ceram. Soc. , (2014).
- Suratwala, T. Microscopic removal function and the relationship between slurry particle size distribution and workpiece roughness during pad polishing. J. Am. Ceram. Soc. 91 (1), 81-91 (2014).
- Terrell, E., Higgs, C. Hydrodynamics of Slurry Flow in Chemical Mechanical Polishing. J. Electrochem. Soc. 153 (6), 15-22 (2006).
- Runnels, S., Eyman, L. Tribology Analysis of Chemical MechanicalPolishing. J. Electrochem. Soc. 141 (6), 1698-1701 (1994).
- Park, S., Cho, C., Ahn, Y. Hydrodynamic Analysis of Chemical Mechanical Polishing Process. J. Tribology Int. 33, 723-730 (2000).
- Luo, J., Dornfeld, D. Effects of Abrasive Size Distribution in Chemical Mechanical Planarization: Modeling and Verification. IEEE T. Semicond. M. 16 (3), 469-476 (2003).
- Luo, J., Dornfeld, D. Material Removal Mechanism in Chemical Mechanical Polishing: Theory and Modeling. IEEE T. Semiconduct. M. 14, 112-133 (2001).
- Bastaninejad, M., Ahmadi, G. Modeling the Effects of Abrasive Size Distribution, Adhesion, and Surface Plastic Deformation on Chemical Mechanical Polishing. J. Electrochem. Soc. 152 (9), 720-730 (2005).
- Sampurno, Y., Sudargho, F., Zhuang, Y., Ashizawa, T., Morishima, H., Philipossian, A. Effect of Cerium Oxide Particles Sizes in Oxide Chemical Mechanical Planarization. Electrochem. Solid State. 12 (6), 191-194 (2009).
- Suratwala, T., et al. Method and system for Convergent Polishing. US Provisional Patent Application. , (2011).
- Suratwala, T., Feit, M., Steele, R. Apparatus and Method for Deterministic Control of Surface Figure During Full Aperture Polishing. US Patent Application. US. , (2010).
- Dylla-Spears, R., Feit, M., Miller, P., Steele, R., Suratwala, T., Wong, L. Method for preventing agglomeration of charged colloids without loss of surface activity. US Provisional Patent Application. , (2012).
- Dylla-Spears, R., Wong, L., Miller, P., Feit, M., Steele, R., Suratwala, T. Charged Micelle Halo Mechanism for Agglomeration Reduction in Metal Oxide Particle Based Polishing Slurries. Colloid Surface A. 447, 32-43 (2014).
- Wong, L., Suratwala, T., Feit, M., Miller, P., Steele, R. The Effect of HF/NH4F Etching on the Morphology of Surface Fractures on Fused Silica. J. Non-Crystal. Solids. 355, 797 (2009).
- Feit, M., DesJardin, R., Steele, R., Suratwala, T. Optimized pitch button blocking for polishing high-aspect-ratio optics. Appl. Opt. 51 (35), 8350-8359 (2013).
- Suratwala, T., et al. Sub-surface mechanical damage distributions during grinding of fused silica. J. Non-Crystal. Solids. 352, 5601 (2006).
- Miller, P., et al. The Distribution of Sub-surface Damage in Fused Silica. SPIE. 5991, (2005).
- Suratwala, T., et al. Effect of Rogue particles on the sub-surface damage of fused silica during grinding/polishing. J. Non-Crystal. Solids. 354, 2003 (2008).
- Suratwala, T., Miller, P., Ehrmann, P., Steele, R. Polishing slurry induced surface haze on phosphate laser glasses. J. Non-Crystal. Solids. 351, 2091-2101 (2004).
