用于会聚抛光的方法和系统技术方案

一种用于抛光光学元件的抛光系统，该系统包括：具有径向尺寸的抛光垫，设置在抛光垫上的隔板。所述隔板配置成部分围绕光学材料。光学元件在径向尺寸的范围内接触抛光垫，并且抛光垫的磨损率在径向尺寸范围内相对于径向尺寸基本上是不变的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于会聚抛光的方法和系统 相关申请的交叉引用本申请要求2011年3月21日提出的美国临时专利申请号61/454，893的优先权，在此通过引用而将其公开内容整体并入，用于所有目的。 关于由联邦资助研发创造的专利技术的权利说明依据美国能源部与劳伦斯?利弗莫尔国家安全有限责任公司签署的劳伦斯?利弗莫尔国家实验室运营合同(编号DE-AC52-07NA27344)，美国政府享有此专利技术中的权利。
技术介绍
传统的光学制造工艺通常包括I)成形，2)研磨，3)磨边/抛光，4)全孔径中间抛光或精研，4)全孔径最终抛光，以及5)小工具抛光。当对包含精确表面轮廓的高光学性能材料的需求大幅上涨时，精密的光学制造工艺因为激光的专利技术而取得重大进步。然而，如今实践普遍认为，光学制造是一门艺术而非一项技术。近几十年来，运用计算机数控磨床(CNC)使机床安装和实时诊断取得了进展，在以这些进展为基础的研磨工序过程中，确定移除原料的能力显著进步。同样地，小工具抛光(例如计算机控制光学抛光机(CCOS))和磁流变抛光(MRF)的出现使抛光工业彻底变革。然而，对抛光玻璃和硅片来说，仍然是使用最普遍也是通常最经济的方法的全孔径抛光未规定确定过程。尽管已取得渐进式改进，但传统的抛光仍然需要运用工匠技术的高技能光学仪器制造者。这种类型的抛光通常需要多次反复循环，包括抛光、测量并调整参数以收敛到期望的表面轮廓(即对于规定半径达到平坦或一致性)。因此，在现有技术中需要与光学元件抛光相关的改良方法及系统。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了与光学系统相关的技术。更具体地，本专利技术的实施例涉及在光学元件如单次重复一样少的确定性抛光。仅仅举例来说，本专利技术根据一组固定的抛光参数，被应用于光学元件的单次重复抛光，而不管元件的初始形状如何。这里描述的方法和系统适用于适合同大功率激光器以及放大器系统配套使用的多种光学材料的加工制造。根据本专利技术的另一个实施例，与表面裂口的“自由”精加工相关的方法和系统得以提供。确知的是，用于高峰值功率激光系统的高值光学器件表面的刮伤会引发激光损伤发生。因此，多年来为减少光学制造过程中形成的刮伤数量和尺寸做了很多努力。举例来说，移动在清洗、抛光以及处理过程中对光学器件表面形成低负荷的劣质颗粒或微小凹凸物会造成刮伤。之前减少劣质颗粒的工作涉及改造和改装现有的全孔径抛光机。这种方法足以对付导致刮伤的外来劣质颗粒。目前的缓解措施在很大程度上局限于抛光过程中的清洁操作。然而，这些措施对于清洁操作的程度、操作者技能以及抛光机的复杂程度是高度敏感的。此外，这些措施很难实现高效率。控制劣质颗粒的第二个限制在于，抛光加工过程中对抛光液颗粒尺寸分布的了解和控制有限。现行技术状况受限于使用未经优化的、了解甚少的过滤技术。本专利技术的实施例通过实施以下一个或多个步骤以减少抛光过程中引入的劣质颗粒。I)制作一个完整的抛光系统，通过气密地密封抛光机以防止抛光液干燥来确保没有劣质颗粒进入工件-抛光盘接触面；2)提供100%的湿度环境以防止干燥的抛光液结块并出现劣质颗粒；3)使用可将抛光液内部颗粒结块最小化的化学性质稳定的抛光液；并且4)使用优化的过滤法持续地移除抛光系统中任何已产生的劣质颗粒。根据本专利技术的实施例，提供了一种抛光光学兀件的抛光系统。抛光系统包括:具有径向尺寸的抛光垫，设置在抛光垫上并且部分围绕光学元件的隔板。光学元件在径向尺寸的范围之内接触抛光垫，并且抛光垫的磨损率作为在径向尺寸范围内相对于径向尺寸是基本上不变的。相据本专利技术的另一个实施例，高湿度的抛光系统得以提供。高湿度的抛光系统包括:具有抛光垫的抛光单元以及可操作以向抛光垫提供抛光液的抛光液传送系统。高湿度的抛光系统还包括包围抛光单元的外壳。外壳内的湿度足以防止抛光液大体上干燥。根据本专利技术的一个特定实施例，用于抛光光学元件的抛光液系统得以提供。抛光液系统包括溶剂和放入溶剂中的研磨料成分。抛光液系统还包括在溶剂中供给的表面活性剂。根据本专利技术的另一个特定实施例，提供一种将工件安装至衬底的方法。这种方法包括:确定峰谷高度值，并且确定与浙青区域相关的值。这种方法还包括:计算浙青的相对面积、计算小球半径以及计算浙青小球的数量。这种方法还包括将N个浙青小球联接到工件以及将N个浙青小球联接到衬底。本专利技术的实施例提供了一种用来抛光在不同纵横比例(直径/厚度)玻璃上的平坦表面、球形圆状表面和矩形表面的装置和方法。本专利技术的实施例提供的抛光系统被称为会聚的、与初始表面无关的、单次重复的、无劣质颗粒(CISR)抛光机。这个抛光系统提供一个或多个下述特征:1)不管工件的初始表面轮廓如何，在抛光远行过程中或轮廓抛光运行之间，抛光参数是固定的(即不是可变的)并且是相同的；2)因为工件轮廓将会聚成期望的与抛光盘形状相配的形状，抛光能够从研磨状态在单次重复中实现；3)在工件上造成很少或没有刮伤的“无”劣质颗粒环境中完成抛光；4)使用运用了化学性质稳定和/或设计的过滤系统的高度控制颗粒尺寸分布完成抛光。本专利技术的实施例依据以下原理来实现期望的抛光工序:1)除了光学器件和抛光盘不匹配的因素(即光学器件和抛光盘之间的不均匀物理间隔)外，基本上造成光学器件上不均匀的空间材料移除的所有因素都被消除，而光学器件和抛光盘不匹配会导致光学器件表面轮廓会聚成期望的形状(即抛光盘的形状)；并且，2)劣质颗粒进入并形成在抛光机系统内/中的源已经被消除或者被主动消除，导致工件有很少/或没有划痕。如本说明书始终充分描述的是，本专利技术的实施例提供的工程学特点可能包括以下一个或多个:1)运用形状特殊设计为圆形和矩形工件的隔板，以抵消不均匀的垫磨损；2)运用形状特殊设计的隔板以抵消粘弹性导致的不均匀的压力分布以及不均匀的材料移除；3)运用形状特殊设计的隔板以确保抛光液均衡分布于工件上；4)使用玻璃基底的矩形隔板以达到均匀垫磨损的稳定性；5)为修整垫而运用CVO钻石基底的矩形隔板以确保材料在抛光时间内具有恒定的移除速率；6)使用轮子驱动的工件以阻止瞬间力量造成不均匀的压力分布和不均匀的材料移除；7)运用低Z轴点安装，从而使工件和隔板上的瞬间力量减至最小；8)运用运动学(工件和抛光盘的运动)在工件上产生统一的时间平均速度，从而防止由运动学引起的不均匀的材料移除；9)使用化学性质稳定的抛光液(举例来说，在二氧化铺(Hastilite PO)抛光液中，使用阴离子(例如micro-90)或阳离子表面活性剂加上酸碱度和浓度适当的螯合剂)从而使颗粒结块(劣质颗粒的来源)减至最少；10)运用湿度为100%的气密密封腔室是为了:a)防止生成干燥的抛光液，其被认为会造成引起划痕的劣质颗粒；b)防止环境中外来劣质颗粒进入抛光系统；11)使用刚性小球粘结技术(也叫浙青小球粘结(PBB))以防止高纵横比(薄)的工件/光学器件发生工件变形；12)使用柔性的小球粘结技术(也叫泡沫小球粘结(FBB))，用来抵消来自研磨表面的残余应力导致的不均匀的移除和工件弯曲；13)在研磨工件上使用预腐蚀技术(比如，氢氟酸(HF)或者缓冲氧化物蚀刻)，以消除会导致不规则的移除和工件弯曲的残余应力；14)在研磨工件上使用预腐蚀技术(比如，氢氟酸(HF)或者缓冲氧化物蚀刻)，以移除研磨表面上可能造成划伤的潜在的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光光学元件的抛光系统，该抛光系统包括：具有径向尺寸的抛光垫；以及隔板，所述隔板被布置在所述抛光垫上并且被构造成用以部分地围绕所述光学元件，其中，所述光学元件在所述径向尺寸的范围内接触所述抛光垫，并且所述抛光垫的磨损率在所述径向尺寸的范围内相对于径向尺寸基本上是不变的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.21 US 61/454,8931.一种用于抛光光学兀件的抛光系统，该抛光系统包括: 具有径向尺寸的抛光垫；以及 隔板，所述隔板被布置在所述抛光垫上并且被构造成用以部分地围绕所述光学元件，其中，所述光学元件在所述径向尺寸的范围内接触所述抛光垫，并且所述抛光垫的磨损率在所述径向尺寸的范围内相对于径向尺寸基本上是不变的。2.如权利要求1所述的抛光系统，其中，所述光学元件包括圆形透镜。3.如权利要求1所述的抛光系统，其中，所述隔板包括: 结构层； 柔性层；和 抛光层。4.如权利要求3所述的抛光系统，其中，所述结构层的密度比所述柔性层或所述抛光层的密度更高。5.如权利要求3所述的抛光系统,其中,所述光学兀件包括光学材料，并且所述抛光层包括所述光学材料。6.如权利要求5所述的抛光系统,其中,所述光学材料包含熔融石英。7.如权利要求1所述的抛光系统，其中，所述抛光垫是可操作的，以便接收抛光液，所述抛光液包括添加剂和放入熔剂中的研磨剂成分。8.如权利要求7所述的`抛光系统，其中，所述添加剂包括表面活性剂。9.如权利要求8所述的抛光系统，其中，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂。10.如权利要求8所述的抛光系统，其中，所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂。11.如权利要求1所述的抛光系统，还包括围绕所述抛光垫的腔室，所述腔室的湿度高于周围环境的湿度。12.如权利要求11所述的抛光系统，其中，所述湿度基本上是100%。13.如权利要求1所述抛光系统，其中，所述光学元件的峰谷高度在预设的抛光时间后稳定在固定值处。14.一种高湿度抛光系统，所述抛光系统包括: 抛光单元，所述抛光单元包括抛光垫； 抛光液传送系统，所述抛光液传送系统是可操作的，以向所述抛光垫提供抛光液；以及 包围所述抛光单元的外壳，其中，所述外壳内的湿度足以防止所述抛光液大体上变干。15.如权利要求14所述的高湿度抛光系统，其中，所述外壳内的湿度高于周围环境的湿度。16.如权利要求15所述的高湿度抛光系统，其中，所述外壳内的湿度基本上是100...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·I·苏拉特瓦拉，W·A·斯蒂尔，M·D·菲特，R·P·德斯贾登，D·C·梅森，R·J·迪拉斯皮尔斯，L·L·王，P·E·米勒，P·杰拉格蒂，J·D·巴德，
申请(专利权)人：劳伦斯利弗摩尔国际安全有限责任公司，
类型：
国别省市：