本文關(guān)鍵詞：基于可控柔度磨盤的中高頻誤差抑制研究

  更多相關(guān)文章： 中高頻誤差 平滑效應(yīng) 可控柔度 平滑譜函數(shù) 平滑效率

【摘要】：現(xiàn)代光學(xué)工程具有顯著的極端制造的特征,即在極端技術(shù)條件要求的背景下,制造極端尺度或極高功能器件或功能系統(tǒng)的大科學(xué)工程。我國目前正面臨著完成大口徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、納米尺度光刻系統(tǒng)和高功率激光系統(tǒng)等典型的極端光學(xué)研制工程任務(wù)。這些系統(tǒng)光學(xué)元件要求口徑越來越大,相對孔徑越來越高,而面形質(zhì)量要求更是有大幅度的提高。不僅是傳統(tǒng)意義上光學(xué)元件面形PV或RMS的提高,很多系統(tǒng)更是在面形中高頻誤差方面提出了明確的要求。本論文研究的工作是在分析目前幾種中高頻面形誤差技術(shù)方法的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新的采用將磨盤平滑效應(yīng)和可控柔體拋光(磁流體拋光技術(shù))結(jié)合的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)磨盤平滑效應(yīng)的可控化,進(jìn)行中高頻誤差抑制技術(shù)的研究。首先研究可控柔體磨盤柔度和平滑效應(yīng)的可控變化機(jī)理,以及兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系;再次建立評價可控柔體磨盤平滑能力的平滑譜函數(shù)和平滑效率函數(shù)的數(shù)學(xué)模型,定量化的研究可控柔體磨盤固有的平滑效應(yīng);最后基于上述機(jī)理和數(shù)學(xué)模型研究可控柔體磨盤的平滑效應(yīng)即磨盤平滑不同頻段誤差的能力。論文的研究工作具體包括以下幾個部分:1.首先闡述了中高頻面形誤差抑制技術(shù)研究的背景及其對現(xiàn)代極端光學(xué)制造工程的意義,然后對中高頻面形誤差抑制技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了充分調(diào)研,并進(jìn)行歸納分類,同時對中高頻面形誤差的評價方法和技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研。在此基礎(chǔ)上著重討論了基于拋光磨盤的中高頻面形誤差平滑技術(shù),并對其中所涉及的關(guān)鍵問題和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了基于可控柔度磨盤抑制中高頻面形誤差的技術(shù)方案。2.從經(jīng)典夾層結(jié)構(gòu)的被動半剛性磨盤和亞利桑那大學(xué)提出的RC磨盤(rigid conformal tool)入手,提出可控柔度磨盤的結(jié)構(gòu)模型。在對磁流變材料進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,基于流變力學(xué)理論分析磨盤利用磁流體實(shí)現(xiàn)可控“柔度”的微觀機(jī)理、及其宏觀力學(xué)表現(xiàn)特性。建立可控柔體磨盤實(shí)現(xiàn)“柔度”可控從微觀到宏觀的機(jī)理模型,為整個論文的研究工作奠定原理性基礎(chǔ)。3.利用釹鐵硼強(qiáng)磁體及磁流變液研制可控柔度實(shí)驗(yàn)?zāi)ケP,測量釹鐵硼強(qiáng)磁體磁場的空間分布,確定可施加磁場的范圍和大小。利用磨盤進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)測量其去除函數(shù)及拋光粗糙度等拋光特性,測量強(qiáng)磁體與磁流變液之間的相互作用力,驗(yàn)證磨盤可控柔度的特性。4.結(jié)合光學(xué)加工中材料去除的卷積模型和功率譜密度函數(shù),建立了描述CCOS拋光工藝抑制不同頻段誤差能力的數(shù)學(xué)模型——平滑譜函數(shù)(Smoothing Spectral Function,SSF)。通過計算平滑譜函數(shù)曲線,將CCOS拋光工藝抑制不同頻段誤差的能力表示為歸一化且無量綱的頻譜曲線。并利用110mm口徑RC磨盤拋光600mm微晶平面件驗(yàn)證平滑譜函數(shù)模型的正確性。5.在拋光工藝的平滑譜函數(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行進(jìn)一步的理論推導(dǎo)。通過兩種數(shù)學(xué)推演方式得到兩種不同結(jié)構(gòu)形式的去除函數(shù)的平滑譜函數(shù),描述去除函數(shù)在確定性拋光中對不同頻段中高頻誤差的抑制能力。最后利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證兩種不同形式去除函數(shù)的平滑譜函數(shù)的正確性。6.提出平滑效率函數(shù)的概念,基于亞利桑那大學(xué)Dae Wook Kim等人提出的Parametric Smoothing Model建立平滑效率函數(shù)的數(shù)學(xué)模型,并利用可控柔度磨盤進(jìn)行特定頻率誤差平滑抑制實(shí)驗(yàn),計算可控柔度磨盤對該頻段誤差的平滑效率。7.全文工作總結(jié)和后續(xù)工作的展望。對本文中的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了凝練,指出了其中尚存在的問題,并對下一步工作進(jìn)行展望。
【關(guān)鍵詞】：中高頻誤差 平滑效應(yīng) 可控柔度 平滑譜函數(shù) 平滑效率
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-33
• 1.1 課題研究背景及意義11-13
• 1.2 中高頻面形誤差的頻段劃分及其抑制技術(shù)的發(fā)展13-31
• 1.2.1 基于熵增原理抑制中高頻誤差15-18
• 1.2.2 偽隨機(jī)加工路徑法18-20
• 1.2.3 高頻振動(Vibe)共形加工法20-22
• 1.2.4 離子束犧牲層法22-24
• 1.2.5 被動半剛性磨盤平滑中頻誤差24-28
• 1.2.6 Rigid Conformal磨盤平滑中頻誤差28-31
• 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)及主要工作31-33
• 第2章 可控柔度磨盤結(jié)構(gòu)模型及其柔度可控機(jī)理模型33-47
• 2.1 引言33-34
• 2.2 磁流變材料研究及發(fā)展現(xiàn)狀概述34-37
• 2.3 可控柔度磨盤結(jié)構(gòu)模型及其柔度可控機(jī)理模型37-44
• 2.3.1 可控柔度磨盤結(jié)構(gòu)模型39-40
• 2.3.2 磨盤柔度可控的微觀機(jī)理模型40-42
• 2.3.3 磨盤柔度可控的宏觀力學(xué)表現(xiàn)特性42-44
• 2.4 關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)分析44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 第3章 可控柔度磨盤研制及實(shí)驗(yàn)研究47-63
• 3.1 可控柔度磨盤研制47-48
• 3.2 磁場發(fā)生器選材及磁場分布測量48-53
• 3.2.1 釹鐵硼強(qiáng)磁體磁場發(fā)生器48-49
• 3.2.2 磁場測量原理49-50
• 3.2.3 磁場發(fā)生器磁場分布測量50-53
• 3.3 可控柔度磨盤拋光特性實(shí)驗(yàn)研究53-56
• 3.3.1 可控柔度磨盤拋光去除函數(shù)53-55
• 3.3.2 可控柔度磨盤拋光粗糙度55-56
• 3.4 可控柔度磨盤磁鐵與磁流變液之間相互作用力測量56-60
• 3.5 本章小結(jié)60-63
• 第4章CCOS拋光工藝平滑譜函數(shù)模型建立及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證63-80
• 4.1 概述63-64
• 4.2 36 項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式描述誤差的空間頻率分析64-68
• 4.3 CCOS拋光工藝平滑譜函數(shù)模型建立68-71
• 4.4 CCOS拋光工藝平滑譜函數(shù)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證71-76
• 4.5 實(shí)驗(yàn)誤差分析與討論76-78
• 4.6 本章小結(jié)78-80
• 第5章 去除函數(shù)的平滑譜函數(shù)模型建立及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證80-95
• 5.1 引言80
• 5.2 去除函數(shù)的平滑譜函數(shù)模型建立80-86
• 5.2.1 模型建立方法一81-84
• 5.2.2 模型建立方法二84-86
• 5.3 去除函數(shù)的平滑譜函數(shù)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證86-93
• 5.4 本章小結(jié)93-95
• 第6章 平滑效率函數(shù)模型建立及實(shí)驗(yàn)研究95-103
• 6.1 引言95-96
• 6.2 平滑效率函數(shù)模型建立96-99
• 6.3 平滑效率實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果99-102
• 6.4 本章小結(jié)102-103
• 第7章 全文總結(jié)及展望103-108
• 7.1 全文總結(jié)103-106
• 7.2 研究展望106-108
• 參考文獻(xiàn)108-115
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果115-116

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本文編號：873752