消除表面缺陷的光学元件的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种包括由可熔材料制成的基材的光学元件的制造方法，所述方法包括如下步骤a)和b)，或步骤a)、b)和c)，或步骤a)、b)、c)和d)：a)粗加工；b)研磨；c)抛光；和d)精加工。根据本发明专利技术，所述方法包括在步骤b)、c)和/或d)任一步骤之后的如下步骤：e)检查该光学元件的光学表面；f)检测并定位至少一个要消除的表面缺陷；g)对于每个要消除的表面缺陷，施加激光束至包括要消除的表面缺陷的区域，从而产生可熔材料局部回流，由此在要消除的表面缺陷的位置通过激光形成材料重熔区域；h)抛光包括至少一个由激光形成的材料重熔区域的所述光学表面，从而产生无表面缺陷的抛光的光学表面，并以步骤c)和d)继续该制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种包括由可熔材料制成的基材的光学元件的制造方法，所述方法包括如下步骤a)和b)，或步骤a)、b)和c)，或步骤a)、b)、c)和d)：a)粗加工；b)研磨；c)抛光；和d)精加工。根据本专利技术，所述方法包括在步骤b)、c)和/或d)任一步骤之后的如下步骤：e)检查该光学元件的光学表面；f)检测并定位至少一个要消除的表面缺陷；g)对于每个要消除的表面缺陷，施加激光束至包括要消除的表面缺陷的区域，从而产生可熔材料局部回流，由此在要消除的表面缺陷的位置通过激光形成材料重熔区域；h)抛光包括至少一个由激光形成的材料重熔区域的所述光学表面，从而产生无表面缺陷的抛光的光学表面，并以步骤c)和d)继续该制造方法。【专利说明】
本专利技术涉及光学元件例如透镜、玻片或棱镜的制造。更具体地，本专利技术涉及具有优良品质光学表面的光学元件的制造方法，包含光学元件的至少一个表面缺陷的消除。本专利技术还涉及一种玻璃光学元件的表面处理方法，用以消除作为最终光学元件应用时尺寸不可接受的表面缺陷，不论该光学表面的形状如何。
技术介绍
玻璃光学元件的制造通常包括粗加工步骤、平整研磨步骤、随后的一个或多个抛光步骤以及可能的一个精加工步骤。粗加工包括将玻璃材料成形为光学元件所需的尺寸，以及机加工光学表面至所需形状:平面、凹面、凸面、球面或非球面。平整研磨或平整的目的是在抛光步骤之前减小玻璃的光学表面的粗糙度。所述抛光步骤进一步减小光学元件的粗糙度，从而使其透明并获得几乎最终的平滑度质量。可以执行所述精加工步骤以改善一种或几种光学特性，例如其粗糙度、其平滑度或其流动阻力。所述精加工步骤是后抛光工艺，它可以通过多种方式来实现:机器人局部抛光、离子束局部抛光、磁流变(MRF)抛光、超抛光、化学刻蚀......该制造步骤的顺序使得光学元件的粗糙度依步骤规律地减小，材料移除速度越来越低。平整后平均表面粗糙度低于200纳米，抛光后低于2纳米。在各步骤中材料的移除逐步减少:在粗加工中，每个面上移除的材料的厚度大于500微米(iim);在平整中，该厚度在50和500iim之间；在抛光中，在10和IOOiim之间，最后，在精加工步骤中每面移除的材料的厚度低于lOum。在平整和/或抛光步骤中，可能会出现表面缺陷例如刻痕、划伤、凹坑或剥 落。如果在平整中材料没有被足够的移除，这些表面缺陷也可能来自于抛光的上游制造步骤。但是，即使对于正确控制的制造工艺，也可能出现光学部件和抛光工具之间的存在不期望的颗粒的情况。这种颗粒可能是抛光产物的团块、抛光工具碎屑或者环境中的灰尘。表面缺陷的尺寸则取决于这些颗粒的尺寸和性质，如文献所描述的(“Effect of rogue particles on the sub-surface damage of fused silica duringgrinding/polishing，，，T.Suratwala, Journal of Non-Crystalline Solids 354(2008)p.2023-2037)。对于质量良好的光学元件，所考虑的表面缺陷尺寸为沿宽度几微米至几十微米和沿长度数毫米以内的量级。所要考虑的缺陷深度小于20微米。根据制造的质量和光学元件的尺寸，缺陷密度从每cm2零点零几个缺陷至每cm2几十个缺陷。无论光学元件的用途如何，表面缺陷衍射或散射光线，并且还可能影响光学元件的耐用性。其一个面具有表面缺陷的光学元件或者光学装置则会损失其对于光束传输的部分品质。对于功率激光束的应用，表面缺陷的数量和尺寸必须被限制，因为这样的缺陷是进一步扩展的损害的来源，这种损害易于限制光学元件的传输。专利EP0196730描述了一种在玻璃瓶回收过程中一即在其制造和使用之后一修复表面劣化的方法。根据这种方法，0.7mm直径的激光束扫过玻璃瓶的整个表面，使玻璃表面达到500-600°C的温度。该表面温度高于玻璃软化温度，这导致瓶子外表面的局部重熔，从而消除了深度10微米以上的缺陷。专利US2004/154646描述了一种玻璃的修复方法，从而除去例如IOym至0.1mm深的表面缺陷。该方法包含通过将一个几平方毫米的区域置于热源之下来使玻璃表面局部重熔的步骤。然而，这种重熔玻璃表面的技术会引起表面形变，这与光学系统应用所需要的光学表面品质不相容，例如，在功率激光链中的应用。现有不同的方法用来修复窗户或舷窗上的具有毫米数量级尺寸的刻痕，所述窗户或舷窗不需要精密光学应用所必需的表面平滑度。例如，专利EP1473143、US2003/205831、US4047863、US3914145和W02000/024567描述了这些方法中的某一些。这些方法可以获得所需的可视效果并能够增强窗户的强度，但是其不能以任何方式应用于精密光学元件，因为由于该处理所引起的局部表面改变或是材料指数的改变，这些解决方案会引起光学传输时波面的变形。另一方面，已经进行了许多对以减少光学元件表面缺陷为目的抛光方法的研究。因此,专利JP2000-117605、W02001/083163和JP2001-239454提出了减少缺陷数量的表面抛光方法。然而，这些方法迫使光学元件的制造商改变其制造工艺和抛光工具，这可以执行，但是将损害先前获得的其他性能，例如表面平滑度。专利US2002/0046998和FR2896794提出了以功率激光流增加光学表面强度的有效方法。然而，这些方法有减小光学表面平滑度的缺点并需要额外的操作，导致制造之后的光学元件出现损伤。在光学元件的制造中，通常试图使用与制造过程中相同的工具，即，抛光机，结合高质量的抛光产品(例如，颗粒越来越细的抛光膏)，来修正制造过程中所出现的表面缺陷。修正光学元件表面缺陷最常用的技术包括移除厚度至少等同于缺陷深度的材料。为了不使表面变形，该移除必须均匀覆盖整个表面。现在，由于缺陷深，所要进行的移除更加的显著。在光学元件具有相 对于通常进行的移除而言深度过大的缺陷时，其随后可能必须重新进行前面步骤的制造过程。因此，最终的抛光步骤除去的厚度为几微米。现在，如果刻痕在该抛光步骤中出现，并且如果该刻痕具有几微米或几十微米的深度，则必须将光学元件重复之前的抛光步骤来移除几十微米。其结果是无法保证的，因为在这显著的移除过程中经常会产生新的缺陷。制造和抛光的每一步都使用不同的产品，并且有时使用不同的机器。因此，这些制造周期可能是很长的并且是不可预测的。此外，在粗加工步骤之后材料的移除速度大幅度下降。该速度从粗加工之后平整的每分钟数百微米，降慢至每小时数微米的速度。最后，当该元件的最小厚度存在限制时，有时为了不使其低于最小尺寸而不能进行再抛光。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提出一种用于制造光学元件的方法，其中对于最终目标应用所无法接受的缺陷已经被消除。本专利技术的另一个目的是缩短制造光学元件的持续时间，同时提高该元件的光学表面质量，即减小表面缺陷的密度和/或表面缺陷的尺寸。本专利技术的另一个目的是提出一种用于修正具有平面、凹面或凸面光学表面的光学元件的表面缺陷的方法。本专利技术的另一个目的是提出一种将光学元件暴露于功率激光辐射之下的硬化方法。本专利技术的目的在于补救现有技术方法的缺陷，并且更具体地涉及一种制造包含由可熔材料制成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·科尔蒙，JL·吕利耶，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：
国别省市：