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有关激光核聚变光学零件加工的技术

  目前,我国正研制的激光核聚变装置需要大量的高精度、大口径光学元件,要求准时、保质保量的制造这些光学元件,必须突破现有的工艺水平,采用高效并先进的光学制造技术,借鉴国外相关国家点火装置(NationalIgnitionFacility,NIF)的经验,并且结合我们国家的实际状况,把精密加工的技术应用到激光核聚变光学元件的精密制造行列中来。

  大口径平面光学元件的精密加工

  激光核聚变装置中的光学元件大多数是矩形、方形及其他的多边形形状,跟圆形的元器件比起来,这些元器件加工具有明显的边缘效应(尤其是在角度上)。就目前的技术水平来说,要达到工程所要求的透射波前(P-V值PeaktoValley,及峰值到谷值λ/6)和反射波前(P-V值,λ/4)暂时还是比较困难的,必须采用先进的生产制造技术。大量的实验证明,点解在线修正磨削的方法(WlectrolyticIn-ProcessDressing,ELID)的生产效率明显要高于传统的研磨工艺,这种工艺很有可能会取代传统的抛光前的粗加工-铣磨与粗抛光,唯一的缺点是精度略低(同精密抛光相比较的话)。

  使用小工具数控抛光加工340mm*340mm*60mm的平面反射镜,初始反射波前误差为3.5λ(P-V值,λ=0.6328um)经过仅30H的抛光,反射波前误差P-V的值将至0.26λ,均方根值为0.035λ。就像图纸所示一样(图中标尺列出的“+、-”值应当用不同的色彩来进行表示,黑白照仅仅是一个示意图)。从图中我们不难看出通常所说的“碎带”误差,在强激光系统中,这种高频误差必须进行严格控制,因此这种工艺方法不能作为强激光系统光学元件的最终加工。

  在实验过程中我们发现,利用连续抛光技术加工的大口径光学元件的精度能够满足工程的要求,但是存在的问题是加工的周期漫长,对人的依赖性也太强了。

  以上的这几种技术都各有各的优点跟缺点,都不能够单独满足工程的需求。将这几种技术合理的结合才能够发挥各自的优势,才能够满足工程的具体要求。具体思路是首先采用ELID磨削技术,将光学元件毛坯精密磨削到1λ之内,然后再使用数控加工设备修正局部的误差,将光学元件加工到工程所需要的面形精度,最后使用大型的环抛机,将光学元件精密抛光到实际要求,这一工序主要解决表面粗糙度和波纹度的问题。

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