近期，中國科學院上海光（guāng）學精密機械研究所精密光學製造與檢測中心研究團隊在光學元件表麵中頻誤差創成機（jī）製的研究中取得新進展（zhǎn）。提出了分段路徑卷積模型和光順理論，成功定量預測（cè）加工導致的中頻誤差幅值和（hé）形貌（mào）分布。相關成果於3月13日（rì）發表在（zài）[Optics Express, 28, 8959-8973 (2020)]。
超（chāo）精密加工技術是（shì）高功率激光、空間探測、對地偵查、納米（mǐ）光刻等領域的核心技術（shù）之一，是衡量一個國家高科技發（fā）展（zhǎn）水平及潛力的（de）重要標誌。以計算機控製（zhì）光（guāng）學（xué）表麵成（chéng）形技術(CCOS)為代表的數字化子孔徑光學加工製造技術極大提高了光學元件加工的（de）效率，然而（ér）CCOS技術（shù）不（bú）可（kě）避免地會（huì）造成“碎帶”誤（wù）差——中頻麵形誤差，光學元件表麵的中頻麵形誤差（chà）是現代光學工程進一步發展的阻力。對於高功率激光係統來說，中頻誤（wù）差會導致焦斑拖尾和近場調製，損壞光學元件。成像係統中（zhōng），中頻（pín）誤差會引（yǐn）起小角（jiǎo）度散射，降低光束質量和成像對（duì）比度（dù）。數字化子孔徑拋光（guāng）技中頻誤差（chà）表征與抑製一直是國際光學加工（gōng）領域研究（jiū）的（de）痛點和熱點問（wèn）題，目前研究人員仍未掌握中頻誤差的創成規律，該類誤差隻能等待加工後測量獲得，美（měi）國勞倫（lún）斯利（lì）佛（fó）摩爾國（guó）家實（shí）驗室（LLNL）研究國家點火裝置（NIF）的過程中提出了以（yǐ）功率譜特征曲線（PSD）表征中頻誤差，其主要思路是（shì）通過計算得出光學元件表麵中頻誤差的PSD曲線，然後將其與特征PSD曲線比較，當光（guāng）學元件表麵中頻誤差的（de）PSD曲線在特征曲線之上則為不合格，PSD曲線能夠準確測出不合格的頻段，但卻無法定（dìng）位不合格頻段在（zài）元件表麵的區域，從而不能確（què）定性加工。
由於不能實現（xiàn）加工前的定量預測，嚴重阻礙了光學（xué）加工向智能化、確定化、高效化發展。針對該問題，研究人員提出了分（fèn）段路（lù）徑卷積模型和光順理論，成功定量預測加工導致的中頻誤差幅值和形貌分布。分段路徑卷積模型從數學上證明了路徑類型、去除函數以及控製誤差對（duì）中頻誤（wù）差的（de）影響耦合（hé）機製（zhì），光順理論實現了定量預測中頻誤差在（zài）任（rèn）何類型的多層拋光工具加工下（xià）的演化過（guò）程。基於以上模型，研究人員定義了工具截止頻率和螺線步距約束（shù）判據，實現了加工中路徑步距及（jí）形貌、工具（jù）運動模式及材料選擇、進給速率範圍及機械跳動（dòng）等參數的（de）全方位智能化（huà）選擇方（fāng）案。判據的提出（chū）對於中（zhōng）頻誤差的控製至（zhì）關重要。實驗進一步證明了理論模型的有效性，拋光後測量得到的（de）中頻誤差與仿真結果吻合良好（hǎo）。
該項研究成果極大提（tí）高（gāo）了（le）光學加工中頻誤差（chà）的抑製能力（lì），使得絕（jué）大多數拋光工具產生的中頻誤差均可被定量預測。此外，參數約（yuē）束判據的提出對於現有人工經（jīng）驗性參數選擇模式（shì）有著顛覆性指導意義，為未來智能（néng）光（guāng）學製（zhì）造的發（fā）展奠定了理論（lùn）和實驗基礎。
相關工作（zuò）得到國家重大專項、中科院科研儀器（qì）裝備、國家自然科學基金天文聯合基金重點項目、中科院青年創（chuàng）新促進會優秀會員項目等的支持。
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