表面处理对光学元件和光子学的应用：精密光学抛光
什么是精密光学？
精密光学是一门利用光学元件和电光元件进行科学研究的学科。它是用于检测、传输、感知和利用光能的重要技术。该技术使用特定波长的光能及其光谱变化。材料的光学特性不仅取决于其几何形状，还取决于所使用的材料类型。精密光学对于需要精确测量、结构化、分析和高精度处理光能的应用非常有用。通过使用玻璃和塑料光学元件来实现一组特定属性就是精密光学的含义。该技术还引入了极短的交货时间和交货周期的全新概念。现代精密光学概念使得光信号处理变得更快。使用精密光学材料不断开发微型设备和机器。精密光学在激光光学、红外光学、无色差光学和光学棱镜等各个领域都有应用。激光光学是一项重要技术，广泛应用于焊接、切割和钻孔等许多应用中。红外光学用于夜视和热成像应用。无色差光学用于校正色差，而光学棱镜用于光的反射、折射和色散。
光子工程技术
光子工程是一门专注于研究光能和信息，以开发各个领域先进技术的工程学科。它是一门跨学科的领域，将物理学、电气工程和材料科学的原理融合在一起，以创造创新的光学技术。光子工程是制造医疗保健、建筑、信息技术、通信和其他行业仪器的重要技术。光子工程师在各个行业都需求量很大，因为他们需要推动该领域的进步。高效的光子学装置需要用专业的工程技术开发。光子工程领域在推动通信行业方面发挥了至关重要的作用，实现了更高的效率和更快的交货时间。该技术使您能够生成和研究在现代光学器件中表现出色并且可用于光学设备的纳米结构材料。光子工程识别了可视化、监测、修正和应用光学结构的技术、测试和过程。目前正在开发多种元素来提高光电子器件中电路的有效性。
光子工程的应用
光子工程在各个领域有许多应用。它在医疗保健领域帮助开发新的仪器，如医学成像和诊断设备。该技术通过引入光纤光学实现高速数据传输，从而彻底改变了电信行业。它还通过实现高精度制造改进了制造业。光子工程还为新材料的开发做出了贡献，如半导体材料，用于光电子器件，包括太阳能电池板、LED灯和传感器。光子工程还在新的信息技术，如量子计算方面发挥着关键作用。
光电子学与光子学：理解差异和联系
光电子学和光子学有明显的差异。光电子学侧重于发光和探测设备，而光子学关注光的物理科学及其应用。光电子学是专门处理光学应用的电子学分支，而光子学主要涉及光学和物理性质和现象的研究。光电子学探索光的源、检测和控制，特别是电子器件的光学组件，如二极管和晶体管。另一方面，光子学主要研究光的物理性质及其与光学现象的关系。光电子学倾向于将光子学中研究的现象在电子学中进行电气实现。两个分支共同致力于开发各种应用领域的光学设备，从家用用途到空间技术。
光学元件的表面处理
光学元件制造中使用的表面处理技术取决于材料类型和所需的光学规格。将光学元件在液体中旋转或扫描是一种经常采用的表面处理方法。以下是在光学元件制造中使用的表面处理技术：
抛光垫：用于实现光学元件的光滑表面。使用超级抛光垫可以实现高达0.3纳米的RMS值的表面粗糙度。同时还使用接触抛光和准抛光垫来实现所需的表面处理。 砂浆射流抛光：这是一种用于改善光学元件表面质量的表面处理技术。该技术使用高速砂浆射流来抛光光学元件。
对光电子元件的清洁是制造过程中至关重要的一步。这涉及去除可能影响材料光学性能的污垢、灰尘和其他污染物。必须高效地清洁材料，以获得最佳的视觉效果和图像质量。 Kemet公司为各种光学元件和材料提供出色的表面处理程序。它们的过程具有高精度和准确性，能够实现所需的表面质量。它们的过程包括精密拉普、抛光和金刚石加工。它们还提供针对光电子元件的先进清洁工艺。
β-硼酸锶
铍铜
表面处理铍铜 - 材料测试
该过程的目标是在不需要特定平整度要求的情况下获得光学光洁度。该过程使用了各种铍铜样品。
该过程分为三个阶段，每个阶段都有特定的板子/布料类型、磨料类型/级别、喷涂设置和处理时间。下表总结了该过程的步骤：
第一阶段
第一阶段使用Kemet 15寸金刚石抛光/磨光机，配备Kemet XP抛光板和3µ Type K STD金刚石砂浆。零件在4公斤的重力下处理15分钟，以产生良好的反光表面。此阶段后表面上可能会出现一些划痕。
第二阶段
在第二阶段，使用ASFL-AW丝布，在5分钟内用3µ Type K STD金刚石砂浆和4公斤的重力进行预抛光处理。这个阶段使零件准备好进行最终抛光，并产生90%无瑕疵的光洁表面。
第三阶段
最后一阶段是将零件抛光到达无瑕疵的镜面光洁度。使用KemCol 15化学机械抛光机，配备CHEM布和COL-K胶体二氧化硅，在5分钟内用4公斤的重力进行处理。
该案例研究中描述的抛光过程使得铍铜样品表面获得了无瑕疵的镜面光洁度。该过程分为三个阶段，使用了特定的机器、板子、布料和磨料砂浆。推荐用于处理一个零件的设备包括金刚石抛光机、胶体硅抛光机和其他必要的配件。
在抛光铍铜之前：
在抛光铍铜之后：
硫化镉
氟化钙
熔融二氧化硅
熔融二氧化硅是无定形硅的形式，广泛用于光学仪器，如透镜、镜子、计量组件和光电子器件的零件。获得最佳的反射、折射和透射性能对表面光洁度至关重要。为了实现这一点，通常使用氧化铈颗粒等磨料粉末。Kemet已经开发出一个有效的抛光程序，可以获得高度平坦和纯净的熔融二氧化硅表面。
砷化镓
锗
镀层加工锗零件 - 材料测试
在锗圆盘上实现所需的表面光洁度的过程包括两个阶段的抛光和磨光，使用特定的机器、拉普板、磨料和额外的压力。
第一阶段：第一阶段使用Kemet 15英寸金刚石抛光/磨光机，配备铸铁拉普板和Kemox 0800S磨料类型/级别。在处理过程中额外施加4千克的压力。锗圆盘每一面抛光2分钟。
第二阶段：第二阶段使用相同的Kemet 15英寸金刚石抛光/磨光机，但这次使用ASFL抛光布拉普板和Kemet Liquid金刚石K 1微米标准磨料类型/级别。在处理过程中额外施加4千克的压力。锗圆盘每一面抛光5分钟。
该过程用于对锗圆盘进行拉普和抛光，在获得所需的表面光洁度方面取得了成功。所获得的平整度优于要求的规范，尽管所获得的Ra稍高于要求的规范，但仍在可接受的范围内。所获得的Rz远低于要求的规范。采用特定的机器、拉普板、磨料和额外的压力，以及对过程的仔细监控和控制，实现了所需的表面光洁度。
锗圆盘的所需和实现的结果如下：
所需平整度：<3 µm。最好1 µm
实现平整度：2光带= 0.67 µm
所需Ra值：0.01 µm
实现Ra值：0.059 µm
所需Rz值：0.05 µm
实现Rz值：0.0253 µm
抛光前的锗圆盘：
抛光后的锗圆盘：
锂铌酸盐
锂硼酸盐
氟化镁
石英
石英表面处理 - 材料测试
测试要求：测试的目标是抛光两个石英样品，一个外径约为62mm的石英玻璃管和一个外径约为41mm的石英玻璃棒。目标是实现平整度小于1 µm和Ra小于1 nm。
该过程分为两个阶段，拉普和抛光，具体如下：
第一阶段 - 拉普：拉普阶段使用铸铁板，搭配Kemox 0-800s磨料类型和级别进行处理，处理时间为20分钟。为了防止拉普过程中滑动，采用防滑膜将玻璃固定在重力上。
第二阶段 - 抛光：在拉普后，使用PSU-M抛光垫，配合Kemox WC磨料类型和级别进行处理，处理时间为50分钟。同样使用防滑膜将玻璃固定在重力上。
Micracut 201精密锯：石英截面最初使用Micracut 201精密锯，配备金刚石切割片和慢进给速率进行切割。这个过程产生了干净的切割，并减少了划痕。
结果：在拉普和抛光过程之后，部件的中间部分实现了1-2光带的平整度，小于1微米。此外，Ra值优于1纳米。
抛光前的石英：
抛光后的石英：
PR3光学抛光板测试
进行了另一个测试，以评估PR3抛光板的表面处理过程的有效性。测试涉及一个石英工件，尺寸为φ100mm×6mmT，并使用原位法进行抛光。所使用的板是一个15英寸的PR3板，通过面对装置进行调节，转速设置为40rpm。使用1~2 µm尺寸的氧化铈砂浆，重量为5%。该过程分为两个步骤：
第一步：施加80g/cm2的压力，持续30分钟。
第二步：施加30g/cm2的压力，持续20分钟。
结果：平整度结果为0.130µm（λ/4.88）。
结论：实现所需的石英零件表面光洁度可能是具有挑战性的，但使用金刚石拉普和抛光工艺可以实现。该过程可以提供所需的平整度和Ra值，使其适用于各种工业应用。
蓝宝石
硅
碳化硅（SiC）
碳化硅表面处理 - 材料测试
测试要求：测试的目标是在石墨卡宾前对65mmø碳化硅毛坯进行最佳表面处理。使用的材料是碳化硅毛坯。
过程：表面处理过程分为三个阶段，每个阶段使用不同的机器、拉普板、磨料类型/级别和额外压力。
第一阶段：第一阶段使用Kemet 15英寸金刚石抛光/磨光机，配备螺旋槽Kemet铁拉普板。使用Kemet液体金刚石K 1µm标准磨料和4kg的额外压力，对每一面进行抛光2分钟。
第二阶段：第二阶段使用相同的Kemet 15英寸金刚石抛光/磨光机，配备螺旋槽Kemet铁拉普板。使用Kemet液体金刚石K 1µm标准磨料和5kg的额外压力，对每一面进行抛光2分钟。
第三阶段：第三阶段使用Kemet 15号金刚石研磨机，并配备面对单元和纯锡研磨盘。使用0.75-KDS1438（水基）金刚石磨浆作为磨料，附加压力为4千克。每40秒喷雾一次，持续时间为1.5-2小时。
结果:
第一阶段：第一阶段在5-10分钟内去除了10-20微米的材料。表面精加工范围在0.08~0.084微米之间。 第二阶段：第二阶段提供了一个半反射表面，表面精加工为Ra 0.056~0.060微米。 第三阶段：第三阶段的表面精加工为Ra 0.007微米，获得了镜面表面。
根据实验结果，可以得出结论：为了达到所需的表面精加工和平整度，应使用压光法。经Zygo测试，在碳化硅最终抛光后，平整度为0.341微米（峰谷）。这些结果表明，实施的表面精加工过程成功地实现了碳化硅毛坯的所需表面精加工和平整度。
碳化硅第一阶段抛光后
碳化硅抛光后的最终平整度
氧化铝合钇（YAG）
硒化锌（ZnSe）
PR3光学抛光盘
Kemet PR3光学抛光盘是一种热稳定的树脂盘，可用于抛光精密光学元件，是聚氨酯垫的一种替代品。该盘可与氧化铈、氧化铝和金刚石磨浆配套使用。Kemet PR3光学抛光盘可提供各种直径的完整盘或安装在机床底板上的圆盘。
Kemet PR3光学抛光盘的优势
使用Kemet PR3光学抛光盘的重要优势之一是其能够产生出色的平整度。该盘的设计目标是实现0.08微米以下的平整度，非常适合精密光学抛光。
Kemet PR3光学抛光盘提供了改进的边缘排除功能，这意味着边缘没有掉落。这一特点对于保持抛光光学元件表面精加工的一致性非常重要。它能够产生出色的表面精加工，达到1纳米。这一特性对于实现最终产品所需的质量至关重要。易于加工，非常适合抛光光学玻璃。该盘可以轻松切割和配置，以满足光学元件的特定要求。它是抛光精密光学元件的理想选择，是聚氨酯垫的优秀替代品。该盘具有优秀的平整度、改进的边缘排除功能、产生出色的表面精加工能力以及易于加工的特点。这些特性使得Kemet PR3光学抛光盘成为抛光光学玻璃和其他精密光学元件的理想选择。
.png)