Newport Corporation -- Franklin Facility -- 光学复制加工工艺简介

光学复制工艺介绍

何为光学复制？

光学复制是指在制造光学零件时，将光学面从母模（模具）上转移到一个或多个工件上的工艺。而工件本身的表面无需精密加工，却能够继承母模精密加工后表面的各种特征。工件表面粗糙度可达0.5nm，或者根据光栅的应用；可以复制刻划3200线/mm的表面。

广义光学复制工艺包含多种形式：环氧树脂薄膜填充法、塑料模压法、渗镍成型法以及注塑成型法。根据用途的不同，各种工艺各有优势。相对而言，环氧树脂薄膜填充法是复制精度很高，又可以批量生产的一种工艺。高精度透射或反射光学元件都可以使用这个工艺生产。相对塑料模压法往往用在大批量、小口径的用途；注塑成型法在实际使用中，应用的领域较少，一般针对高精度产品的生产批量很小。渗镍成型法制成的光学件一般都用在高温的用途，而且对于大部分的用途而言，表面精度不高。

鉴于光学复制是一个种类繁多、应用面极广的技术种类，我们在此介绍的光学复制工艺仅指环氧树脂薄膜填充法生产的反射型光学元件。

光学复制工艺

以下我们通过举例，对光学复制工艺进行详细介绍。要加工的元件是表面精度为1/4波长的凹球面反射镜，基座材料是铝合金材料。要复制的光学表面为覆有介电保护膜的铝膜。

首先我们技术要求加工具有光学表面的模具（母模）。针对此例，模具（母模）是通过传统工艺精密抛光的凸面玻璃件。在复制工艺开始前，我们必须要对母模表面镀一层脱模层。在镀膜层之上，再镀上介电薄膜，然后镀上铝膜。这些都是真空镀膜的工艺。

铝合金工件（基座）都是采用普通的机械方法加工的，并且准备好开始下一步的复制。经过选择的特种液体环氧树脂注入镀膜的模具和基座之间，并将两个表面紧密粘合。代环氧树脂固化后，将模具同基座分离，这样就可以将原来的精密光学表面转移到工件（基座）上。然后在复制工件上，清除脱模剂，将多余的环氧树脂从光学表面四周去除即可。模具将被清洗干净，并且开始新一轮的复制。复制工件的表面可以可到1/4波长，主要是因为环氧树脂填充入、补偿了工件表面，形成了一个十分类似于模具的精密光学表面。

平面光学元件

制作平面光学元件的工艺几乎同上述球面元件的工艺完全一样。模具是平面的，一般用玻璃制成；而且一般比工件大。标准工艺中的平面模具可以通用在其他的平面元件的复制工艺中，因此平面复制元件的成本较低。

非球面光学元件

在以上的平面及球面复制举例中，我们一般直接将模具同工件结合进行表面转换；但是针对非球面的复制，我们一般不采用这种方法。以离轴抛物面为例，由于加工和测试一个凹面的抛物面远比凸面的简单，因此，针对需要复制的凹面工件，我们也加工一个凹面的模具。这样，目前我们的问题是，工件和模具都是凹面的，不能够直接复制。

解决的方法是，我们将凹面模具的表面先用复制工艺转移到一个凸面的基座上，将这个凸面的基座以及表面作为另一个模具（又称子模），然后将子模同工件进行复制。同时这种工艺也带来了另一个好处，即我们可以用一个母模复制多个子模，并且大大的提高了产能；目前我们对凹面光学元件，很多采用这种生产方法。

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