近期，中國科學院上海光學精（jīng）密機械研究所精密光學製造與檢測中心研（yán）究團隊在光學元件（jiàn）表麵中（zhōng）頻誤差（chà）創成機製的研究中取得新進展。提出了分段路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（hé）形貌分布。相關成果於3月13日發表在[Optics Express, 28, 8959-8973 (2020)]。
超精密加工技術是高功率激光、空間探測、對地偵查、納米光刻（kè）等（děng）領域的核心技（jì）術之一，是衡量一個國家高科技發展水平及潛力的重要（yào）標誌。以計算機控製光（guāng）學表麵成形技術(CCOS)為代表的數字化子孔（kǒng）徑光學加（jiā）工製造技術極大提高了（le）光學元（yuán）件加工的效率，然而CCOS技（jì）術不可（kě）避免地會造成“碎帶”誤差——中頻麵形誤差，光學元件表麵的中頻麵形誤差是現代光學工程進一步發展（zhǎn）的阻力。對於高功率激光係統來說，中頻誤差會導致焦斑拖尾和近場調製（zhì），損壞光學元（yuán）件。成（chéng）像係統（tǒng）中，中頻誤差會引起小角度散射，降低（dī）光束質量和成像對（duì）比度。數字化子孔（kǒng）徑拋光（guāng）技中頻誤差表征（zhēng）與抑製一直是國際光學加工領域研究的痛點和熱（rè）點問題，目前研究人員仍未掌握中頻（pín）誤差的創成規律，該類誤差隻能等待加（jiā）工後測量獲得，美國勞倫斯利佛摩（mó）爾（ěr）國家實驗室（LLNL）研究國家點（diǎn）火裝置（NIF）的過（guò）程中提出了以功率譜特征曲線（PSD）表（biǎo）征中頻誤差，其主要思路是通過計算得出光學元（yuán）件表麵中頻誤差的PSD曲線，然後將（jiāng）其與特征PSD曲線比較，當光學元件表（biǎo）麵中頻誤差的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，但卻無法定位不合格頻段在元件表麵的區域，從而（ér）不能確定性加工。
由於不能（néng）實現（xiàn）加工前的定量預測，嚴重（chóng）阻礙了（le）光學加工向智能（néng）化、確（què）定化、高效化發展。針對該問題，研究人員提出了（le）分段路徑卷積模（mó）型和光（guāng）順理論，成功定量預測加工導（dǎo）致的中頻誤差幅值和形（xíng）貌分布。分（fèn）段路徑卷積（jī）模型從數學上證明了路徑類（lèi）型、去除函數以及控製誤（wù）差對中頻誤差的影響耦合機製，光順理論實現了（le）定量預測中頻（pín）誤差在任何（hé）類型的多（duō）層拋（pāo）光工具加（jiā）工下的演（yǎn）化過（guò）程。基於以上模型，研究人員定義了工具截止頻率和（hé）螺（luó）線（xiàn）步（bù）距約束判（pàn）據，實現了加工中路徑步距及形貌、工具運動模（mó）式及材料選擇、進給速率範圍（wéi）及（jí）機械跳動等參數的全（quán）方位智（zhì）能化選擇方案。判（pàn）據的（de）提出對於中頻誤差的控製至關重要。實驗進一步證明了理論模型的有效性（xìng），拋光後測量得到的中頻誤差與仿真結果吻合良好。
該項研究成果極大提高了光學加工中頻誤差的抑製能力，使得絕大多數拋光工具產生的中頻誤差（chà）均可被定量預測。此外，參數約束判據的提出對於現有人工（gōng）經驗性參數選擇模式有著顛覆性指導意義（yì），為未來智能（néng）光學製造的發展奠定了理論和實驗基礎。
相關工作得到國家（jiā）重大專項（xiàng）、中科院科研（yán）儀器裝備、國家自然科學基金天文聯合基金重點項（xiàng）目、中科院青年創新促進會優秀會員項目等的支持。
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