針對單晶硅柱面鏡加工過程中面臨的加工效率低、加工精度差以及表面質(zhì)量難控等問題,提出采用離子束傾斜入射的方法來進行單晶硅柱面鏡的加工工藝優(yōu)化。通過建立離子束傾斜入射的去除函數(shù)理論模型,揭示去除效率同入射角度的關(guān)聯(lián)規(guī)律;通過分析離子束傾斜入射的微觀形貌作用機理,揭示表面質(zhì)量同入射角度的關(guān)聯(lián)規(guī)律;綜合優(yōu)化去除效率和表面質(zhì)量,獲得傾斜入射的最佳入射角度,并建立基于離子束傾斜入射的新工藝路線。在一塊尺寸為100mm×100mm的單晶硅凸柱面鏡上采用新工藝路線進行加工實驗,結(jié)果表明:在保證加工精度和表面質(zhì)量的情況下,加工時間節(jié)約53.7%,驗證了離子束傾斜入射加工的先進性。

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【部分圖文】：

圖1離子束加工原理圖

離子束拋光是借助離子的物理濺射作用實現(xiàn)去除材料的目的，其原理是在加工過程中具有一定能量的離子與光學元件表面的原子發(fā)生級聯(lián)碰撞使原子獲得能量，而當其原子獲得的能量足以克服晶格束縛能、移位能和表面束縛能等約束時，原子逃離元件表面，如圖1所示。離子束對材料原子的濺射效應(yīng)，主要依據(jù)Sig....

圖2離子束傾斜入射加工坐標變換示意圖

實際離子束加工中不存在繞Z軸旋轉(zhuǎn)的情況，即γ=0，相應(yīng)的基本旋轉(zhuǎn)矩陣R(z，γ）是單位矩陣，故（7）式可以簡化為則兩個坐標系坐標之間的對應(yīng)關(guān)系為

圖3入射角度對離子束流密度峰值的影響

基于工件坐標系下的離子束流密度空間分布模型，分別仿真離子束流密度與不同入射角度之間的關(guān)系，入射角度范圍為0°～89°，可以得到離子束流密度峰值與入射角度的關(guān)系曲線，如圖3所示。為更加直觀地觀察離子束流密度分布的變化特性，分別仿真獲得入射角為0°，15°，30°，45°，60°時的....

圖4不同入射角度下歸一化離子束流密度分布（0°，15°，30°，45°，60°）

圖3入射角度對離子束流密度峰值的影響將（11）式代入（5）式，對不同入射角度下的離子束去除函數(shù)進行仿真，分別對入射角度從0°到85°時的去除函數(shù)模型進行求解，得到不同入射角度下離子束去除函數(shù)的體積去除率和峰值去除率，變化曲線如圖5(a）所示。從圖中可以看出，不論是體積去除率還是....

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