光學加工技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：光學加工技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】單點金剛車；快刀伺服；微透鏡陣列

0.引言

隨著科學技術(shù)和信息化的迅猛發(fā)展，紅外光學系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展以及廣泛的應(yīng)用。紅外光學元件主要包括紅外晶體軟脆性材料光學元件和玻璃、碳化硅SiC等硬脆性光學元件，由于紅外晶體類光學元件在特定運行條件下，晶體內(nèi)自發(fā)的Raman散射光通過表面時會得到放大。因此，晶體作為優(yōu)質(zhì)的光學材料，被較廣泛地應(yīng)用于紅外光電儀器等非線性光學領(lǐng)域。但由于晶體材料本身具有質(zhì)軟，易潮解，脆性高，對溫度變化敏感，易開裂的特點，因此晶體材料的加工周期很長，而且非常難以加工。尤其光學元件被業(yè)界公認為是最難加工的，隨著對光學性能指標的要求不斷提高，傳統(tǒng)的光學元件加工方式已無法滿足高精度的晶體材料光學元件的加工要求。

而快刀伺服FTS（Fast Tool Servo）加工技術(shù)則是通過驅(qū)動金剛石刀具產(chǎn)生高頻響，小范圍的快速精度進刀運動，并配合高精度的主軸回轉(zhuǎn)和徑向進給運動，來完成復(fù)雜面形零件的精密高效加工。這種加工方法具有高頻響，高剛度，高定位精度等特點，可以重復(fù)加工出具有復(fù)雜形狀的各種異形元件，一次加工即可獲得較高的尺寸精度，形狀精度和極佳的表面粗糙度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜光學面形的高效高精度加工。

1.技術(shù)特點

目前，準分子激光加工微投透鏡的方法主要是準分子與激光與動態(tài)二元掩模法相結(jié)合（二元掩模法是指通過使用二元掩模制造微透鏡的方法。其主要加工特點為：（1）制造過程簡單，（2）制造速度快，（3）制造成本低。但由于自身的特點，所以其本身也有加工上的缺點：制造出的微透鏡為非球面微透鏡。

而相對來說，使用了單點金剛車的快刀伺服技術(shù)由于與有色金屬親和力好，其硬度、耐磨性以及導(dǎo)熱性都非常優(yōu)越，且刀具刃口極為鋒利，刃口半徑為0.5～0.01μm，同時可適用于加工非金屬材料。相對而言，使用了單點金剛車的快刀伺服技術(shù)生產(chǎn)效率更高，加工精度更高，重復(fù)性好，適合批量生產(chǎn)，加工成本比傳統(tǒng)的加工技術(shù)明顯降低。而且可實現(xiàn)球面和非球面的精密加工。

本文所探討的是基于單點金剛石車削的快刀伺服技術(shù)在微透鏡陣列加工的新型工藝研究。微透鏡是最重要的微光學元件之一，其幾乎被用于所有的微光學系統(tǒng)。目前對于微透鏡的定于較多，沒有形成統(tǒng)一的定義。通常所說的微透鏡一般指尺寸微小的光學透鏡，其孔徑范圍一般為0.05～5mm。

目前傳統(tǒng)加工微透鏡主要有以下幾種方法：（1）模具法加工微透鏡；（2）研磨法加工微透鏡；（4）光刻法加工微透鏡；（4）掩模法加工微透鏡；（5）噴墨法加工微透鏡；（6）以及準分子激光加工微透鏡。

單點金剛石車削（SPDT）是在計算機控制下采用天然單晶納米金剛石刀具，在對機床和加工環(huán)境進行精確控制的條件下，直接車削加工出符合光學質(zhì)量要求的非球面光學零件。目前，采用單點金剛石車削技術(shù)可以加工的材料有：紅外光學晶體（單晶鍺，硒化鋅，硫化鋅，氯化鈉，氟化鈣晶體等），有色金屬，塑料等，上述材料均可以直接達到光學表面質(zhì)量的要求。此技術(shù)還可加工玻璃，鈦，鎢等材料，但目前還不能直接達到符合質(zhì)量要求的光學鏡面。采用單點金剛石車削技術(shù)加工的球面和非球面光學零件在軍用和民用光電產(chǎn)品上的應(yīng)用相當廣泛，如攝影鏡頭和取景器，變焦鏡頭，電影鏡頭，光纖通信接頭等。

快刀伺服FTS技術(shù)可實現(xiàn)各種自由曲面的車削加工，如微棱鏡、透鏡陣列、環(huán)面以及小離軸量的（小于10mm量級）離軸非球面的加工。該方法能夠使制造組件的形狀精度和表面粗糙度控制在納米級的范圍內(nèi)。

要實現(xiàn)上述兩個關(guān)鍵特征指標參數(shù)注定要采用基于快刀伺服工藝的超精密單點金剛鉆切削車床技術(shù)?？斓端欧庸ぜ夹g(shù)與與傳統(tǒng)的超緊密車床加工技術(shù)相比，最直觀的區(qū)別在于刀具切削過程中，刀具的運動軌跡額外附加了一個垂直與端面方向的高頻反復(fù)運動，此運動精確配合主軸的回轉(zhuǎn)運動坐標位置和被加工工件不同半徑設(shè)計輪廓來實現(xiàn)切削進給，通過切削車床的C軸、Z軸、X軸和FTS數(shù)控高頻振蕩的4軸的聯(lián)動來加工復(fù)雜微結(jié)構(gòu)。

2.技術(shù)路線

通過前期調(diào)研和課題探討，本文在工藝方面的探討主要兩個方向是：（1）表面形貌非旋轉(zhuǎn)對稱的微結(jié)構(gòu)陣列。（2）表面形貌成型的精度要求達到光學級。

相關(guān)的指標參數(shù)為：非球面微透鏡陣列間隔為2.5mm；表面粗糙度小于40nmPa；面型小于50nmRMS；位置及高度公差小于1微米結(jié)合上述目標以及相關(guān)指標參數(shù)，考慮到單點金剛石車削SPDT和快刀伺服技術(shù)FTS各自技術(shù)特點，分析相關(guān)情況后，制定了以下的技術(shù)路線和工藝方案：

確定參數(shù)-計算圓周-刀具定義-確定參數(shù)-刀具路徑-檢測及報告

首先通過系統(tǒng)自帶的Diffsys軟件對零件進行坐標設(shè)定，并對陣列元表面進行定義，確定加工材料所加工微透鏡陣列的參數(shù)；其次在機床系統(tǒng)軟件中對于微透鏡陣列上的面型進行不同圓周率的精密計算；接著在軟件的計算過程中，對于使用的單點金剛石車刀的幾何形狀參數(shù)進行詳細設(shè)定，例如：刀尖點半徑，刀尖形狀，刀尖后角等；然后通過內(nèi)置軟件，計算生成全加工路徑的3D模擬視圖，計算得出切削速度/加速度；在模擬驗證完畢后，通過機床專用的后置處理，生成機床所能運行的快速刀具加工路徑的NC代碼，傳輸導(dǎo)入機床后進行安全高效的加工；最后加工完成后，使用先進的白光干涉儀或共焦顯微鏡對表面進行檢測，記錄實驗數(shù)據(jù)，輸出加工結(jié)果的檢測報告。

用于本文工藝探討的實驗所使用的最主要裝備是：美國阿美泰克Nanoform700Freeform單點金剛鉆標準的五軸超精密計算機控制機床系統(tǒng)。所用整個機床的精度控制指標是：車削性能：車削表面粗糙度小于2.5nmRa，車削形狀誤差小于0.15μmP-V。編程分辨率：0.01納米（直線）/0.0000001°（回轉(zhuǎn)）

3.微透鏡陳列加工與測試

本文利用美國阿美泰克Nanoform700Freeform單點金剛車結(jié)合快刀伺服技術(shù)進行了多次切削加工實驗，均獲得了較好的面形精度和表面質(zhì)量。下面就以所加工微透鏡陣列為例，進行分析說明：

透鏡陣列采用非旋轉(zhuǎn)對稱的微結(jié)構(gòu)陣列，透鏡表面為非球面，間隔為2.5mm，規(guī)劃好走刀路徑并選擇合適的工藝參數(shù)后，進行單點金剛車的快刀伺服加工，實驗結(jié)果采用白光干涉儀和共焦顯微鏡對表面進行檢測，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5、圖6所示，透鏡的面型精度為RMS41.4nm，表面粗糙度為Pa32.8nm，位置及高度公差為Pt0.28μm，Smn為0.489mrad，均符合本文之前探討設(shè)定的指標參數(shù)。

Pmma適用于光學透鏡的常用材料，有色金屬適用于可見光光學波段。

4.結(jié)論

通過相關(guān)實驗結(jié)果表面，在實現(xiàn)復(fù)雜微結(jié)構(gòu)工件的精密加工方面，基于單點金剛石車削SPDT的快刀伺服加工技術(shù)在加工微透鏡陣列方面的測試案例為將來光學零件加工應(yīng)用方面提供了一個積極的信號和方向。

隨著復(fù)雜面形光學零件的應(yīng)用越來越廣闊，基于單點金剛車削SPDT的快刀伺服技術(shù)的超精密加工技術(shù)勢必具有非常廣闊的發(fā)展空間。

【參考文獻】

[1]王桐.準分子激光光闌法加工微透鏡的工藝研究.

第2篇：光學加工技術(shù)范文

近年來在國際光電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢下，世界范圍內(nèi)的光學冷加工產(chǎn)能均大規(guī)模向中國轉(zhuǎn)移，中國成為繼臺灣之后全世界最大規(guī)模的光學冷加工產(chǎn)能承接地和聚集地。

中山市火炬開發(fā)區(qū)是光學企業(yè)的重要集中地，知名光學企業(yè)如鳳凰光學、舜宇光學、北方光電、波若威光纖等均在此落戶。據(jù)統(tǒng)計，開發(fā)區(qū)現(xiàn)代光學產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值每年占全區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)品總產(chǎn)值十分之一，從業(yè)人數(shù)約1.4萬人。

1 我國光學冷加工人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

隨著光學應(yīng)用技術(shù)不斷拓寬，行業(yè)高質(zhì)量人才是否能跟得上就成了至關(guān)重要的問題。即使在經(jīng)濟形勢嚴峻的情況下，光學行業(yè)的許多領(lǐng)域卻仍然苦于人手不足，難以找到合適的人才。多年來，我國光學行業(yè)沿襲著一種不正常的觀念，即重視產(chǎn)品設(shè)計和研究的技術(shù)人員，而從事工藝設(shè)計和制造技術(shù)人員卻得不到足夠的重視。這樣，從事工藝科研的人員減少，從而影響了加工水平的提高。在我國，開設(shè)有光學專業(yè)的大專院校不少，但專門致力于培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)的光學冷加工技術(shù)人才的卻少之又少。我院的光學加工與檢測專業(yè)正是基于這樣的形勢下開辦的。

光學加工專業(yè)是應(yīng)用型專業(yè)，強調(diào)實踐性。一方面光學零件涉及的材料種類多、口徑相差大、元件種類多，另一方面隨著光學應(yīng)用技術(shù)不斷拓寬，光學零件也不斷涌現(xiàn)出新品種、新加工技術(shù)、新標準，僅通過課堂的理論學習，學生思維難以拓展，不能適應(yīng)發(fā)展中的光學行業(yè)。針對這一現(xiàn)狀，我院緊緊圍繞光學企業(yè)對人才培養(yǎng)的需求，積極開展工作室教學法的探索與實踐。通過與企業(yè)共建光學冷加工工作室，不僅承擔培養(yǎng)學生的任務(wù)，還承接技術(shù)項目，并起到師資培養(yǎng)和企業(yè)技術(shù)人員培養(yǎng)的作用，真正實現(xiàn)企業(yè)、學校、社會、學生的互利共贏。

2 光學冷加工工作室建設(shè)

2.1 工作室的性質(zhì)

我院建立的光學冷加工工作室為系部下設(shè)的產(chǎn)學研合作創(chuàng)新機構(gòu)，既是學生實習實訓(xùn)基地，又是師生從事光學工藝研究、新產(chǎn)品開發(fā)等項目教學的工作室。

2.2 工作室的主要職能

工作室的首要職能是進行學生的培養(yǎng)工作。工作室教學模式是以工作室為空間依托，以專業(yè)教師為主導(dǎo)，以輔助教學和承接技術(shù)項目為主要任務(wù)，由教師帶領(lǐng)學生完成生產(chǎn)技術(shù)項目，將產(chǎn)、學、研融為一體，最終使學生的綜合專業(yè)技術(shù)能力得到提高的一種教學模式。①在工作室教學中，學生是主體。②學生在教師指導(dǎo)下通過親身參與實踐的全過程，將學到的專業(yè)知識融會貫通并應(yīng)用于實踐中，從而提高分析問題和解決問題的能力。企業(yè)提供真實的光學零件訂單，學生從接到客戶圖紙開始，先進行圖紙消化，再結(jié)合工作室實際設(shè)備、人員條件進行工藝分析，設(shè)計工藝規(guī)程、工裝冶具，選擇合適的材輔料，并進行實際生產(chǎn)與檢測。在實際生產(chǎn)過程中，對出現(xiàn)的各類問題，利用學過的專業(yè)知識，尋求解決問題的辦法，不斷提升學生技術(shù)水平。這樣對于“學”的一方，有利于縮短從書本知識到實踐應(yīng)用的距離，化解傳統(tǒng)教學中簡單的單向授受關(guān)系，促成新型“自助式教育”，使靜態(tài)的傳授教學向動態(tài)的參與教學轉(zhuǎn)化。③

光學冷加工工作室的職能很大程度上也體現(xiàn)在以下方面：

（1）實訓(xùn)基地和創(chuàng)業(yè)平臺。工作室的建設(shè)可為系部開拓更多的與產(chǎn)業(yè)高度對接的實訓(xùn)室和實習實踐場所，緩解系部和學院的高成本投入的問題。系部通過與企業(yè)共建、提供專業(yè)對口的人力資源、技術(shù)合作等合作手段，實現(xiàn)資源開放和共享，達到借助企事業(yè)單位的生產(chǎn)車間和研發(fā)設(shè)備（設(shè)施）搭建系部實訓(xùn)基地的目的。這些與產(chǎn)業(yè)高度對接的實訓(xùn)室和實習實踐場所，既可為學生將來走上職業(yè)崗位打下良好的理論和實踐基礎(chǔ)，也可為學生了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、人才需求現(xiàn)狀、市場現(xiàn)狀等提供及時可靠的資訊，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)業(yè)（下轉(zhuǎn)第191頁）（上接第183頁）意識和創(chuàng)業(yè)能力，提高學生的創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。

（2）師資培訓(xùn)。工作室搭建的校企合作平臺，為系部教師提供了多樣化的實踐場所，系部可通過組織教師到企業(yè)參加生產(chǎn)活動，提高教師的專業(yè)技能水平和實踐教學能力；可聘請企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員和技能人才對教師進行專項培訓(xùn)，提高教師的專業(yè)水平；可通過參與企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)、研發(fā)等工作，提高教師的研發(fā)能力和掌握行業(yè)核心技術(shù)的能力，從而打造一支有特色的雙師型教師隊伍?？梢哉f，工作室是系部的師資培訓(xùn)中心，是系部的教師培訓(xùn)資源庫。

（3）兼職教師資源庫。工作室開展的產(chǎn)學研工作，為系部兼職教師庫的建設(shè)提供了豐富的信息資源，系部可通過工作室聘請光學行業(yè)的專家學者、技術(shù)骨干和能工巧匠擔任兼職教師，打造“做中學、做中教”的人才培養(yǎng)方式,有利于人才培養(yǎng)模式走出傳統(tǒng)學科體系。

（4）專業(yè)建設(shè)、課程開發(fā)。工作室開展的技術(shù)與服務(wù)工作，是系部教學資源建設(shè)的重要組成部分，系部通過為企事業(yè)單位提供服務(wù)，可從企業(yè)那里獲得產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)、技術(shù)崗位標準、專業(yè)設(shè)置方向、課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)、教育教學方式等方面的信息，不僅可以把系部的教學活動和市場、生產(chǎn)、職業(yè)緊密聯(lián)系起來，還可使產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步對系部的教研教改發(fā)揮真正的導(dǎo)向作用，更可開啟系部專業(yè)規(guī)劃設(shè)計、課程體系構(gòu)建、教學方法和教學技術(shù)運用等專業(yè)建設(shè)的新思路、新方法?？梢哉f，工作室是系部專業(yè)建設(shè)與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展結(jié)合的紐帶，是課程開發(fā)與產(chǎn)業(yè)和職業(yè)對接的紐帶。

（5）光學加工相關(guān)職業(yè)標準研究開發(fā)。作為職業(yè)院校，獲取相應(yīng)的職業(yè)資格證是衡量學生技能水平的一項重要指標。但光學加工相關(guān)的技術(shù)標準和職業(yè)標準的現(xiàn)狀是還未建立或不完善。與光學加工相應(yīng)的職業(yè)工種，如光學零件檢查工、光學磨工、光學膠合工、光學真空鍍膜工等，在工種目錄中有工種代碼，但無相應(yīng)的職業(yè)標準。工作室成立后，積極整合各級資源，組織開展光學加工相關(guān)的技術(shù)標準和職業(yè)標準的建立與開發(fā)、職業(yè)標準試題庫開發(fā)等工作，編寫與光學加工相關(guān)的職業(yè)技能鑒定培訓(xùn)教材等。目前，由工作室牽頭、聯(lián)合各企業(yè)共同編寫的《光學零件檢查工》、《光學真空鍍膜工》已通過機械工業(yè)聯(lián)合會初審，后續(xù)將組織進行全國專家評審。

第3篇：光學加工技術(shù)范文

關(guān)鍵詞： 回歸分析；表面粗糙度；超精密加工；預(yù)測模型

中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）24-0034-02

0 引言

由于在對KDP這樣的軟脆單晶材料進行研磨和拋光的加工過程中能夠十分便捷的嵌入晶體，但是卻很難采用精密拋光的方法從晶體表面去除雜質(zhì)，并且亞表層在拋光的過程中很容易造成損傷，這些雜質(zhì)或缺陷成為零件激光損傷的來源并且這對高功率激光的應(yīng)用是不能夠忍受的，因此，要想采用傳統(tǒng)的研磨和拋光方法將KDP晶體加工出超光滑表面具有一定的難度。目前，對此類零件進行加工的時候，國內(nèi)外普遍采用單點金剛石切削（SPDT）的方式。由于采用“飛刀”的切削方式容易在加工表面形成刀痕而在晶體透射波前增加小尺度的周期擾動。本次實驗將重點研究已加工表面粗糙度受到切削速度（轉(zhuǎn)數(shù)）、背吃刀量以及進給量（進刀速度）等切削用量的影響。

1 因素水平編碼表的編制

因子xj（j=1，2，3）為坐標軸構(gòu)成的空間稱為因子空間。在因子空間尋找能夠使表面粗糙度達到最小值的最優(yōu)解即尋找最優(yōu)化切削條件。本文采用了三因素二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，表1為各個因素的水平編碼。對獨立變量z1、z2、z3進行線性變換后，就建立起了n、f、ap與z1、z2、z3取值的一一對應(yīng)關(guān)系。

2 回歸系數(shù)的計算及回歸方程的求解

3 切削參數(shù)的優(yōu)選及實驗驗證

由于采用解析法和通過大量實現(xiàn)來尋找表面粗糙度這一目標函數(shù)最小切削參數(shù)的最佳組合既麻煩又不現(xiàn)實，因此，我們利用了MATLAB優(yōu)化軟件這個工具。由于在優(yōu)化KDP晶體超細精密加工表面粗糙度預(yù)測模型的時候，利用MATLAB優(yōu)化軟件不需要考慮加工效率，而只需要考慮約束條件，因此能夠迅速得到切削參數(shù)的最佳組合。經(jīng)計算優(yōu)選出的切削參數(shù)為：n=390r/min，f=10？滋m/r，ap=32？滋m。此時求得的KDP晶體超精密加工表面粗糙度最優(yōu)值為Ra=8.5611nm。

在上述條件下進行加工的表面實際測量值Ra=7.37nm。從測量值和預(yù)測值的一致性我們可以認為建立的預(yù)測模式是可靠有效的。

4 結(jié)論

由于本文采用回歸分析法建立的預(yù)測模型能夠通過較少的實驗獲得大量的信息，因此具有較高的數(shù)學模型效率。此外，對于模型的切削參數(shù)還可以利用優(yōu)化軟件進行優(yōu)化。但是，在對加工表面粗糙度進行測量的時候，建立的預(yù)測模型受到隨機誤差的影響也會產(chǎn)生一定的誤差，因此，為了解決這個問題，除了在測量表面粗糙度的時候使用分辨率較高的儀器外，還對每個觀測值經(jīng)過多次測量后經(jīng)平均求得。

參考文獻：

[1]楊福興.激光核聚變光學元件超精密加工技術(shù)研究[J].光學技術(shù)，2003，29（6）：649-651.

[2]楊福興.KDP晶體超精密加工技術(shù)的研究[J].制造技術(shù)與機床，2003（9）：63-65.

第4篇：光學加工技術(shù)范文

微模具是微注塑成型的核心，其機械精度直接決定了注塑件的質(zhì)量，而微模具的成本和壽命則是影響大批量注塑生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，微注塑過程的模溫控制、排氣控制、塑件頂出等設(shè)計也與微模具結(jié)構(gòu)密不可分。

聚合物微成型技術(shù)是采用模塑成型方法高效率、高精度、低成本、批量生產(chǎn)聚合物微制品的成型技術(shù)，主要包括微注射成型技術(shù)、微熱壓成型技術(shù)和微擠出成型技術(shù)等。目前，對于聚合物微成型尚未形成統(tǒng)一的定義和分類，主要通過其成型的微制品進行定義和分類。廣義上講，聚合物微制品包括以下3種類型：

（1）制品體積或質(zhì)量微小，整體尺寸小于 1mm，如微機械系統(tǒng)中使用的微齒輪、微透鏡、微螺栓螺母等。

（2）制品整體尺寸在毫米和厘米量級，但表面具有微細特征結(jié)構(gòu)，如光學、生化醫(yī)療領(lǐng)域使用的導(dǎo)光板、微光柵、微流控芯片、介入導(dǎo)管等。

（3）制品整體尺寸和特征尺寸均無限制，但局部尺寸精度在微米量級，如聚合物高精度非球面鏡片等。微成型模具是成型上述微制品的重要裝備，其設(shè)計的合理性和加工質(zhì)量直接決定了微制品的成型質(zhì)量。

聚合物微成型模具的型腔或流道尺寸跨越宏―微觀尺度范圍，受到尺度效應(yīng)的影響，成型過程中熔體的流動、傳熱都與宏觀尺度下不同；對模具型腔的通氣、排氣、微小制品的脫模取件等有特殊要求，傳統(tǒng)的模具設(shè)計理論和方法在微成型模具設(shè)計中不再完全適用，因此微成型模具的設(shè)計已成為國內(nèi)外研究的熱點和難點。

微注塑成型模具的特點：近年來，關(guān)于微注塑模具制造技術(shù)的研究受到廣泛關(guān)注。一般認為微模具應(yīng)符合以下特征：其應(yīng)用對象的整體尺寸或局部尺寸小于1mm；微模具微細尺寸從幾微米到幾百微米；微模具表面粗糙度值在0.1μm以下。隨著微加工和精密加工的發(fā)展，微模具的概念也不斷向前演變。目前，采用LIGA制造的微注塑模具已可用來生產(chǎn)質(zhì)量小于1mg或者局部結(jié)構(gòu)化面積只有幾平方微米的極微小型注塑制品。

微注塑成型模具制造技術(shù)：

1、微注塑成型模具組成。微注塑模具由模架部分和型芯組成，二者可以制作為一體，也可以分別加工，然后通過螺紋或過盈配合連接，稱為鑲塊式微模具。后者更有利于拆卸更換和零部件的重復(fù)利用，同時也能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢。對于鑲塊式微模具，其模架材料多選擇優(yōu)質(zhì)模具鋼，可以根據(jù)注塑機尺寸選定標準模架再加工，在模架上通常設(shè)置有熱流道、澆口、冷水道、真空排氣槽、頂出塑件機構(gòu)等。模架上不含要復(fù)制的微細結(jié)構(gòu)，采用機械加工方法就能滿足一般精度要求。鑲塊式微模具中，用于復(fù)制的微結(jié)構(gòu)部分鑲嵌在模架中，稱為型芯，有些文獻也稱之為鑲塊。微注塑工藝要求型芯尺寸精度高、耐高溫、耐沖擊、耐疲勞、并且能與模架機構(gòu)和特征位置相配合。根據(jù)型芯所用材料可以將微注塑型芯分為金屬微型芯和非金屬微型芯。

2、金屬材料微型芯加工。通?？紤]熱膨脹系數(shù)小、彈性系數(shù)大的材料作為制作微注塑型芯或整體模具材料。在微注塑起步階段，人們多選擇耐熱和耐沖擊的金屬材料制作整體模具或模具型芯，如鋼、鋁合金、鎳、鈹銅合金等。適用于這些材料的加工方法可分為去除材料成型和堆積材料成型。

微成型模具的精密制造是成型高質(zhì)量聚合物微制品的技術(shù)保證。傳統(tǒng)加工方法可以實現(xiàn)微成型模具部分零部件的加工，但難以加工具有微細三維結(jié)構(gòu)的成型零件，而微細加工技術(shù)為微成型模具微細結(jié)構(gòu)的加工提供了條件。微細加工技術(shù)是指制造微小尺寸制品或結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)加工技術(shù)，可以分為以下3種類型：3種類型：（1）在傳統(tǒng)加工方法上發(fā)展起來的微機械加工技術(shù)，如微車削、微銑削、微磨削技術(shù)等。（2）在特種加工方法上發(fā)展起來的微細特種加工技術(shù)，如微細電火花加工、微細電化學加工、微細高能束加工、微細電鑄加工、水射流微細切割技術(shù)等。（3）基于LIGA的加工技術(shù)如LIGA、UV-LIGA、電子束 LIGA 和激光 LIGA 技術(shù)等。微細加工技術(shù)的選擇主要取決于加工尺寸、表面質(zhì)量、深寬比和經(jīng)濟條件等。微成型模具存在跨尺度的幾何尺寸，局部特征尺寸微小，幾何精度和裝配精度要求極高，因此制造微成型模具關(guān)鍵零部件可能需要結(jié)合多種微細加工技術(shù)。

微注射成型模具制造技術(shù)：微型腔是微注射成型模具的核心零件，其結(jié)構(gòu)尺寸及精度在微米級，表面精度要求較高，微型腔的加工質(zhì)量直接影響制品的成型質(zhì)量，是微注射模制造的難點。對于微型腔的加工目前主要采用微機械加工技術(shù)、微細特種加工技術(shù)和基于 LIGA 的加工技術(shù)。

從微注塑成型模具角度綜述了微注塑成型模具設(shè)計和制造幾種策略和具體方法，對目前的微模具組成、微型芯加工方法及優(yōu)缺點進行了歸納總結(jié)，對微模具設(shè)計要點進行了分析。其結(jié)論如下：

1）微注塑模具與常規(guī)注塑模具主要差異在于加工方法、控溫方法、真空排氣、脫模方式等方面，采用鑲塊式微模具組合形式，有利于拆卸更換和零部件的重復(fù)利用，同時也能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢。微注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求與常規(guī)注塑模具有諸多不同，重點集中在模溫快速變換、抽真空輔助排氣和微塑件脫模等幾個方面。

第5篇：光學加工技術(shù)范文

1無掩膜電化學微/納米加工技術(shù)無掩膜電化學微/納米加工技術(shù)是基于微/納米電極針尖或針尖陣列的掃描探針顯微鏡(SPM)技術(shù)，包括電化學掃描隧道顯微鏡(EC-STM)和電化學原子力顯微鏡(EC-AFM)、超短電壓脈沖技術(shù)(US-VP)、掃描電化學顯微鏡(SECM)、掃描微電解池(SMEC)等，加工的精度由針尖電極的尺寸決定。無掩膜技術(shù)的優(yōu)點在于所加工的三維結(jié)構(gòu)的尺度和精度可以達到微/納米級別，缺點是材料去除率低以及加工效率低。

1．1電化學掃描探針顯微鏡(EC-SPM)電化學掃描隧道顯微鏡由Kolb課題組于1997年提出。與“蘸水筆”技術(shù)很類似，首先在STM探針上沾上帶有Cu2+的溶液，再移到金基片上通過電沉積形成銅納米團簇。此方法的加工精度非常高，團簇的直徑一般在亞納米級別，高度可以控制在幾個納米［7］。然而，由于很多金屬的還原電位低于氫析出電位，很難在水溶液中通過電沉積的方法得到納米團簇或微/納米結(jié)構(gòu)。最近，廈門大學毛秉偉教授課題組在室溫離子液體環(huán)境中電沉積得到了活潑金屬鋅和鐵的納米團簇圖案［8-10］。原子力顯微鏡與電化學聯(lián)用可以達到類似的結(jié)果。雖然單點加工作業(yè)效率低，但是由于金屬的電沉積速度很快，如果采用陣列SPM探針，可以大幅度提高加工效率。EC-SPM最大的不足在于SPM的掃描行程非常有限，因此加工的尺度范圍很小。目前本課題組正在研發(fā)大行程(100mm×100mm)的EC-SPM技術(shù)。

1．2超短電壓脈沖技術(shù)Schuster發(fā)展了超短電壓脈沖技術(shù)(USVP)，將微/納米電極、電極陣列或者帶有三維微結(jié)構(gòu)的模板(工具)逼近待加工的導(dǎo)電基底(工件)，然后在針尖與基底之間施以納秒級電壓脈沖。由于電極/溶液界面的時間常數(shù)為雙電層電容和工具與工件之間溶液的電阻的乘積(τ=RCd)，而后兩者與工具和工件之間的距離有關(guān)，所以在工件與工具之間施加納秒級的電勢脈沖時，只有距離工具最近的工件部位發(fā)生陽極溶解，從而得到尺度可控的微型結(jié)構(gòu)［11］。本質(zhì)上講，這種技術(shù)具有距離敏感性，加工的精度較高。我國已有研究人員正在開展這種技術(shù)的研究［12］。

1．3掃描電化學顯微鏡掃描電化學顯微鏡(SECM)是一種以超微電極或納米電極為探針的掃描探針技術(shù)，由一個三維精密定位系統(tǒng)來控制探針電極與被加工基底之間的距離，通過在針尖與基底之間局部區(qū)域激發(fā)電化學反應(yīng)，可以獲得各種微結(jié)構(gòu)圖案。該技術(shù)通過電流反饋原理定位微/納米電極針尖，與STM和AFM相比，雖然空間分辨率有所降低，但是化學反應(yīng)性能得到增強，大大拓展了微/納米加工的對象，成為一種重要的微/納米加工技術(shù)。SECM在微/納米加工中的應(yīng)用詳見文獻［13］。

1．4掃描微電解池掃描微電解池(SMEC)是利用毛細管尖端的微液滴與導(dǎo)電工件形成接觸，對電極插入到毛細管中與導(dǎo)電的加工基底構(gòu)成微電解池，并以該微電解池作為掃描探針。由于電化學反應(yīng)被限制在微液滴中，因此微液滴的尺寸決定了加工的精度［14］。近期的研究結(jié)果表明，通過該方法可以制作形狀可控的銅納米線，在微電子元器件的焊接技術(shù)中表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢［15］。我們課題組采用該方法合成了各種微/納米晶體或聚合物功能材料，用于構(gòu)筑電化學功能微器件［16-17］。

2掩膜電化學微/納米加工技術(shù)掩膜微/納米加工技術(shù)包括LIGA技術(shù)、EFAB技術(shù)、電化學濕印章技術(shù)(EC-WETS)和電化學納米印刷技術(shù)。這些加工技術(shù)的主要原理都是將電化學反應(yīng)控制在具有預(yù)設(shè)微/納米結(jié)構(gòu)的掩模內(nèi)。工件通常是導(dǎo)電的，同時也作為電極。LIGA和EFAB技術(shù)需要通過光刻在工件上形成微結(jié)構(gòu)，然后通過電沉積方法在其間得到金屬微/納米結(jié)構(gòu)。電化學濕印章技術(shù)和電化學納米壓印技術(shù)使用的是凝膠或固體電解質(zhì)模板，模板與工件接觸，利用電沉積或刻蝕形的方法形成所需的微/納米結(jié)構(gòu)。

2．1LIGA技術(shù)LIGA(德語Lithographie，Galvanoformung，Abformung的縮寫)是一種加工高深寬比微/納米結(jié)構(gòu)的方法［18-20］。先在導(dǎo)電基底上涂覆一層光刻膠，通過光刻曝光后形成高深寬比的微/納米結(jié)構(gòu);然后在含有微/納米結(jié)構(gòu)的光刻膠模板上電沉積金屬，去除光刻膠后得到金屬微/納米結(jié)構(gòu)。獲得的金屬微/納米結(jié)構(gòu)還可以進一步作為加工塑料和陶瓷材料工件的模板。LIGA加工的深寬比可以達到10～50，粗糙度小于50nm。該技術(shù)使用的X射線曝光光源價格昂貴，而紫外曝光工藝又受相對較低的加工深寬比的制約。另外，如何在有較高深寬比的光刻膠微/納米結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)高質(zhì)量的電鑄也是需要解決的問題。

2．2EFAB技術(shù)EFAB(ElectrochemicalFabrication)是由美國南加州大學AdamCohan教授提出的一種微/納米加工方法［21-23］。EFAB技術(shù)首先利用CAD將目標三維微/納米結(jié)構(gòu)分解成容易通過光刻加工的多層二維微/納米結(jié)構(gòu);然后將設(shè)計好的微/納米結(jié)構(gòu)層和犧牲層一層一層地沉積于二維光刻膠模板中;去掉光刻膠模板和犧牲層金屬就可以得到所需的微/納米結(jié)構(gòu)。每一個電鑄層都要求高度的平坦化，以確保下一步工藝的質(zhì)量。化學拋光(CMP)是常用的拋光方法，但是其價格昂貴，大大增加了工藝成本。另外，逐層加工對多層結(jié)構(gòu)之間的精確對準有著很高的要求，任何兩層之間的對準錯誤都將會導(dǎo)致整個微/納米加工流程失敗。2．3電化學濕印章技術(shù)Grzybowski提出了一種利用含有刻蝕劑和微結(jié)構(gòu)的凝膠模板來實現(xiàn)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的化學刻蝕技術(shù)［24］。我們課題組采用瓊脂糖凝膠模板作為電解質(zhì)體系，提出了EC-WETS技術(shù)，通過電沉積、陽極溶解或化學刻蝕等途徑實現(xiàn)微/納米結(jié)構(gòu)的加工［25］。目前的主要問題是如何控制反應(yīng)物的側(cè)向擴散，提高反應(yīng)物在膠體中的擴散速率以及加工的精度。

2．4固體電解質(zhì)電化學納米印刷技術(shù)AgS2是一種具有銀離子傳輸能力的固態(tài)超離子導(dǎo)體電解質(zhì)，Hsu等制備了AgS2微/納米結(jié)構(gòu)模板。當銀工件表面接觸到超離子導(dǎo)體模板時，在工件上施加一定的電壓，銀工件表面與模板的連接處將會發(fā)生銀的陽極溶解，銀離子在AgS2電解質(zhì)中遷移，沉積到AgS2模板另一側(cè)的對電極上［26-27］。這種方法的主要缺陷是可以用作模板的固體電解質(zhì)有限，機械強度差，而且，工件表面溶出的陽離子在固體電解質(zhì)中的擴散速度慢，加工效率低。

3約束刻蝕劑層技術(shù)微/納米加工技術(shù)必須滿足以下3點要求:微/納米級加工尺寸，能加工復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。然而非掩膜技術(shù)不適合批量生產(chǎn)，掩模技術(shù)又難以生產(chǎn)連續(xù)曲面等復(fù)雜的三維微結(jié)構(gòu)。我們課題組致力于電化學微/納米加工領(lǐng)域已有20多年，由田昭武院士提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的約束刻蝕劑層技術(shù)(CELT)可以滿足對微/納米加工技術(shù)的上述3個基本要求，本節(jié)將予以詳細介紹。

3．1基本原理約束刻蝕劑層技術(shù)是通過一個隨后的均相化學反應(yīng)將電化學、光化學或光電化學產(chǎn)生的刻蝕劑約束至微/納米級的厚度，從而實現(xiàn)微/納米精度的加工。約束刻蝕劑層技術(shù)主要分為以下3個步驟:①刻蝕劑的生成反應(yīng)為:RO+neorR+hvO(+ne)(1)其中R為刻蝕劑前驅(qū)體，O為刻蝕劑。CELT使用的工具既是光/電化學體系的工作電極又是微/納米加工的模板，即刻蝕劑通過電化學、光化學、光電化學的方法在模板表面產(chǎn)生。由于刻蝕劑在溶液中的擴散，刻蝕劑的形狀和厚度很難控制，這取決于刻蝕劑的擴散性質(zhì)、模板電極的大小和形狀。為了確保加工精度，就必須控制刻蝕劑的擴散僅僅發(fā)生在模板電極表面微/納米級的尺度范圍以內(nèi)。②約束反應(yīng)為:O+SR+YorOY(2)其中S為工作溶液中的約束劑，Y是約束劑S與刻蝕劑O反應(yīng)的產(chǎn)物或者光/電化學反應(yīng)生成的自由基衰變產(chǎn)物。由于約束反應(yīng)的發(fā)生，使刻蝕劑的擴散被限制在模板電極表面微/納米級的尺度范圍以內(nèi)，約束刻蝕劑層的厚度取決于約束反應(yīng)的速率或自由基O的壽命。約束刻蝕劑層的理論厚度為［28］:μ=(D/Ks)1/2(3)其中μ為約束刻蝕劑層的厚度，D為刻蝕劑在工作溶液中的擴散系數(shù)，Ks為約束反應(yīng)(式(2))的準一級反應(yīng)速率常數(shù)。當Ks為109s－1時，約束刻蝕劑層的厚度將達到1nm。由于刻蝕劑層被約束在微/納米尺度范圍內(nèi)，刻蝕劑層保持與加工模板一致的形狀。因此，約束刻蝕劑層技術(shù)的加工精度取決于約束刻蝕劑層的厚度。③刻蝕反應(yīng)為:O+MR+P(4)式中M為被加工材料，P為刻蝕產(chǎn)物。當模板電極逐漸逼近工件使約束刻蝕劑層與工件表面接觸時，工件表面將與刻蝕劑發(fā)生化學刻蝕反應(yīng)，直到在工件表面生成與模板電極三維微/納米結(jié)構(gòu)互補的微/納米結(jié)構(gòu)。

3．2微/納米加工儀器用于微/納米加工的CELT儀器主要由電化學工作站、三維微位移控制器、計算機反饋系統(tǒng)三部分構(gòu)成［29-33］(圖1)。電化學工作站用于調(diào)控CELT化學反應(yīng)體系;三維微位移控制器用于模板工具的定位和進給?？販叵到y(tǒng)和工作液循環(huán)系統(tǒng)等附屬系統(tǒng)在這里不做展示。計算機用于CELT整體系統(tǒng)的信息發(fā)送和反饋，以確保整個微/納米加工過程協(xié)同完成。

3．3化學反應(yīng)體系的篩選對于CELT而言，首先是要選擇合適的化學反應(yīng)體系。在實驗中，我們使用一個柱狀微電極作為工具電極來產(chǎn)生針對特定加工材料的刻蝕劑。比如在加工半導(dǎo)體砷化鎵時，溴是常用的刻蝕劑，而胱氨酸作為約束劑用以調(diào)控刻蝕劑層的厚度［34-39］。整個刻蝕體系的化學反應(yīng)表示如下:16Br－8Br2+16e(5)5Br2+RSSR+6H2O2RSO3H+10Br－+10H+(6)3Br2+GaAs+3H2O6Br－+AsO3－3+Ga3++6H+(7)用于加工砷化鎵的CELT化學體系的循環(huán)伏安圖見圖2(a)［34］。刻蝕劑的生成反應(yīng)(式(5))是一個可逆的氧化還原反應(yīng)。由于工作液中胱氨酸(RSSR)與溴的約束反應(yīng)(式(6))，胱氨酸被氧化為磺酸(RSO3H)，體系的法拉第電流顯著增加，這表明約束刻蝕劑層的厚度減小。如圖2(c)所示，納米加工的精度得到良好改善［38］。值得注意的是，約束刻蝕劑層的厚度可以通過改變約束劑的濃度來調(diào)節(jié)。這對于超光滑表面的加工十分重要，可以根據(jù)實際技術(shù)要求調(diào)整工藝。SECM可以用來探測工具表面刻蝕劑的濃度分布，并且可以用來獲取CELT化學反應(yīng)體系的動力學參數(shù)，這對于優(yōu)化CELT微/納米加工的技術(shù)參數(shù)十分重要［40-41］。

3．4復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的CELT加工CELT已被證明可以成功地用于金屬、合金、半導(dǎo)體、絕緣體表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工［42-49］。在三維微結(jié)構(gòu)的加工實驗中，使用的是具有互補結(jié)構(gòu)的模板電極。模板材料可以是鉑銥合金、硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。在具有三維微結(jié)構(gòu)的硅或PMMA模板上首先沉積一層鈦，然后再濺射一層鉑，以確保模板在加工過程中的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。在金屬或合金基底上加工三維微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是在工具電極表面產(chǎn)生氫離子作為刻蝕劑，以氫氧化鈉作為約束劑。目前，各種三維微結(jié)構(gòu)已經(jīng)被成功復(fù)制在銅［50-51］、鎳［51-52］、鋁［53］、鈦［54］、鎳鈦合金［55］、Ti6Al4V［56］、鎂合金［57］基底上。對于半導(dǎo)體硅［32，58-62］或砷化鎵［34-39］，一般以溴作為刻蝕劑，以胱氨酸為約束劑。圖3所示的是采用CELT在n型砷化鎵基底上加工出的三維衍射微透鏡陣列，這是CELT加工出的首例光學微器件［39］。整個微透鏡陣列是一個八相位衍射光學器件，每個小微透鏡由8個同心圓以及7個臺階位構(gòu)成。7個臺階位的總高度是1．3μm，每個臺階的平均高度為187nm。添加劑對提高刻蝕產(chǎn)物的溶解性至關(guān)重要，在硅微加工中，通常加入氟化鈉以避免硅沉淀。最近，由光電化學或光化學生成自由基刻蝕劑也取得了初步進展，例如二乙胺自由基刻蝕銅［63］。

3．5超光滑表面的CELT加工如果工具模板不是復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，而是一個超光滑平面，CELT能否發(fā)展成為一種整平技術(shù)呢?由于集成電路和超精密光學器件等領(lǐng)域的巨大市場需求，將CELT發(fā)展成為一種超光滑表面加工技術(shù)具有十分重要的意義。最近，我們采用CELT的基本原理開展了超光滑表面加工的研究工作，該方法有可能代替現(xiàn)有的化學機械拋光技術(shù)(CMP)，用于超大規(guī)模集成電路中銅互連結(jié)構(gòu)的整平。初步的研究結(jié)果表明CELT對銅的整平有著良好的效果(圖4)。CELT拋光的關(guān)鍵在于確保約束刻蝕劑層在大面積范圍內(nèi)保持均一的濃度分布。盡管大面積超光滑工具電極的流體力學設(shè)計非常必要，但是最簡單的方法是使用一個線型工具電極對在加工平臺上做旋轉(zhuǎn)運動的工件進行作業(yè)。本課題組正在將傳統(tǒng)的機械加工作業(yè)方式與CELT進行對接，這無疑將在超光滑表面及其微/納米二級結(jié)構(gòu)的加工領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用［33］。

第6篇：光學加工技術(shù)范文

與傳統(tǒng)光學不同的是，由光學與微電子、微機械、納米技術(shù)互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學科――微納光學，變革了傳統(tǒng)光學與技術(shù)的發(fā)展路線。這門新興的交叉學科在信息、能源、生命、環(huán)保、宇航、國防等領(lǐng)域均已產(chǎn)生新的重要應(yīng)用。在我國，微納光子學的發(fā)展也日益受到重視，未來發(fā)展前程似錦。

1996年，付永啟博士畢業(yè)。近20年過去，付永啟一直沒有離開過微納光學研究領(lǐng)域，在他看來，盡管微光學似乎看不見，摸不著，但從人們的生活乃至國家的高尖端科學都離不開它。這正是它的魅力所在。

“微納光子雖小，照亮我們未來的路”

1994年，付永啟在中國科學院長春光學精密機械與物理研究所攻讀博士學位，“當時是跟導(dǎo)師一起做國家航天項目中的一個子項目――‘動態(tài)目標發(fā)生器’的研究，我主要負責曲面光刻的研究?！蹦鞘撬佑|到微光學并逐漸對微光學元器件的設(shè)計制作產(chǎn)生興趣的開始。

在博士后研究階段，付永啟又接著在衍射光學元件的設(shè)計制作方面開展了深入研究。隨后為了開闊視野、提升研究能力，付永啟于1998年赴新加坡南洋理工大學精密工程與納米技術(shù)中心作研究員，借助當?shù)貎?yōu)越的軟硬件條件繼續(xù)深入開展微光學以及后期納米光學領(lǐng)域的研究工作。

從此，一個嶄新的世界――納米光學這個交叉領(lǐng)域逐步在他面前展開。

正如他所說的“學得越多就會發(fā)現(xiàn)自己不懂的東西越多”，在學習和研究過程中，他覺得不應(yīng)該囿于領(lǐng)域，萌生了走出國門看看的念頭。1998年，他選擇赴新加坡南洋理工大學精密工程與納米技術(shù)中心做研究員。后來，又通過那里獲得了在麻省理工學院作訪問學者的機會。

通過與科研院所及工業(yè)界的合作，付永啟開展了多個橫向和縱向項目研究，接觸到了微電子、微機電系統(tǒng)（MEMS）、微納加工、納米計量及生化分析等多學科領(lǐng)域的知識，先后完成了多項重大研究課題，并取得了許多創(chuàng)新性成果。

借助于國外較好的軟硬件條件，付永啟快速提高了獨立開展科研工作的能力。東西方文化在他身上相遇，已經(jīng)不再是形式的混體，而是精神層面的和平融合，使得付永啟的治學態(tài)度里，囊括了中國智慧的通達以及西方思想嚴密的邏輯性，在這種態(tài)度的指引下，他對科研工作有了更深層次的認識，同時對科學研究也更加熱愛。

2001年，付永啟將目光專注到了一種新的微納光學元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術(shù)上，經(jīng)過兩年的反復(fù)研究、實驗，終于獲得成功并使該技術(shù)逐漸走向成熟。

付永啟利用納米加工技術(shù)實現(xiàn)了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化，即利用聚焦離子束技術(shù)直接一步將微光學元器件甚至納米光子元器件與光電子器件（如半導(dǎo)體激光器、光導(dǎo)纖維等）集成于一體，從而達到直接控制光束的目的。這一技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的采用離散光學元件對激光束進行準直或聚焦的方法，不但減少了光學系統(tǒng)的元件數(shù)，而且節(jié)省了空間，更容易實現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化和小型化，對微系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意義。

同時，他還發(fā)現(xiàn)了兩種材料，它們在聚焦離子束轟擊下具有材料自組織成型特性，該特性可直接用于微光學元件的結(jié)構(gòu)成型。以該技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠制作出幾種特定的微光學元件，包括微正弦光柵、微閃耀光柵等。

此外，付永啟還利用聚焦離子束直接寫入法和輔助沉積法成功實現(xiàn)了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化；也就是說，該集成一體化既可以采用基于聚焦離子束去除材料的方法實現(xiàn)，也可以利用材料生長的方法來得到。從而為光學系統(tǒng)的小型化、微型化、平面化提供了制作技術(shù)保障。該集成一體化元/器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學、生化、通信、數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域，至今仍在應(yīng)用，還沒有其他方法能夠替代。

值得一提的是，聚焦離子束技術(shù)在微電子行業(yè)的廣泛應(yīng)用，大大提高了微電子工業(yè)上材料、工藝、器件分析及修補的精度和速度，目前已經(jīng)成為微電子技術(shù)領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時，由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身，有望成為高真空環(huán)境下實現(xiàn)器件制造全過程的主要加工手段。

“研究要服務(wù)社會，我們要瞄準國家重大需求”

“在國外更能體會到‘國家’兩字的真實內(nèi)涵，真心希望自己的祖國能夠早日強大。當2008年北京奧運會開幕式上播放出《我的祖國》這首歌時，激動的心情難于言表，內(nèi)心百感交集?！?付永啟感慨道。2007年，付永啟放棄國外優(yōu)越的待遇和生活，帶著累累碩果和先進理念回國，先后受聘于中國科學院光電技術(shù)研究所微細加工光學技術(shù)國家重點實驗室和電子科技大學物理電子學院。

“剛回國時想有一個屬于自己獨立的科研小組和相對寬松的科研環(huán)境，在這種環(huán)境中能靜下心來實際做點科研，希望能從科研工作和培養(yǎng)學生方面體現(xiàn)出自身的價值所在。科學研究最終是要服務(wù)社會的，而具體的應(yīng)用領(lǐng)域要瞄準國家的重大需求?！备队绬⑹沁@樣說的，也是這樣做的。

在學校和所在團隊的支持下，付永啟在納光子結(jié)構(gòu)、元器件及其應(yīng)用方面取得多項國家自然科學基金項目的資助。提出了兩種基于納金屬結(jié)構(gòu)的超分辨透鏡，該透鏡可方便地通過聚焦離子束技術(shù)一步制作出來，其光學表征可利用近場掃描光學顯微鏡實現(xiàn)；基于表面等離子體極化用于生化免疫分析：設(shè)計和制作了菱形納金屬顆粒，并成功地用于老年癡呆癥（ADDL）以及SEB病毒素的測試；有源及無源光電子器件與衍射光學元件的集成；基于聚焦離子束技術(shù)的微光學元器件的一步制作技術(shù)的開發(fā)和拓展；基于納光子器件微探頭的納米計量系統(tǒng)的概念設(shè)計：提出利用納光子超透鏡微探頭并結(jié)合激光多普勒外差干涉技術(shù)實現(xiàn)納米缺陷的動態(tài)在線檢測，該內(nèi)容已獲得美國專利授權(quán)。

研究工作的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在微光學元件的加工制作技術(shù)上，國際上首創(chuàng)采用聚焦離子束技術(shù)直接一步加工和制作微小光學元件，具體包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及橢球面透鏡等。這一創(chuàng)新技術(shù)解決了一些常規(guī)微光學元件制作方法難以實現(xiàn)的微光學元器件集成一體化問題，為光學系統(tǒng)緊湊化和小型化，以及微光學系統(tǒng)的研究開發(fā)提供了一條新的有效途徑。

如果把才華比作劍，那么勤奮就是磨刀石。付永啟和課題組成員付出了超乎尋常的努力，經(jīng)過多年的努力拼搏，在納米光學、微細加工、納米加工、衍射光學及微光學領(lǐng)域取得多項研究成果，在國際相關(guān)著名學術(shù)期刊和國內(nèi)核心學術(shù)期刊上150余篇，其中被SCI檢索收錄論文120余篇，以第一作者撰寫和58篇，以通訊作者100余篇，JCR分區(qū)一區(qū)刊物論文23篇，影響因子IF>3.0的論文46篇（占SCI論文總數(shù)的34%），論文累計被引次數(shù)1100余次，單篇他引最高次數(shù)83次，JCR統(tǒng)計h指數(shù)18。其中，代表論文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被國際文獻追綜機構(gòu)BioMedLib于2011年2月28日評為納光子結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的“Top10”論文之一；此外，在該領(lǐng)域國際著名學術(shù)刊物Plasmonics（該刊物屬于JCR分區(qū)一區(qū)刊物）上陸續(xù)發(fā)表系列研究論文22篇。

此外，付永啟在微納加工及納米光學領(lǐng)域分別撰寫五部英文專著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology（2nd Edition，出版號：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版號：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版號：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版號：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版號ISBN： 978-953-307-912-7）；并獨立撰寫中、英文專著各一部，分別為《納光子學及其應(yīng)用》（出版號ISBN： 978-7-80248-537-2）（該書是目前國內(nèi)唯一一部具有自己獨立編著版權(quán)的全面系統(tǒng)地介紹納米光學發(fā)展前沿的中文專著，出版后得到同行的一致好評。）、英文專著書名為《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此為基礎(chǔ)，在國內(nèi)首次開設(shè)了《亞波長光學》課程，于2009年秋在電子科技大學作為研究生專業(yè)課程講授。自2010年電子科技大學研究生院和中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究生部均采用《納光子學及其應(yīng)用》一書作為研究生專業(yè)課程：《亞波長光學》及《納米光學》的指定教材。該書作為2011年電子科技大學“十二五”規(guī)劃研究生教材建設(shè)立項支持（項目編號：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修訂版。

有關(guān)利用聚焦離子束一步制作微光學元件的內(nèi)容被法國DELAWARE大學電子和計算機工程系Robert G.. Hunsperger教授寫入其編著的教科書《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一個章節(jié)中。部分研究結(jié)果還被美國網(wǎng)絡(luò)多媒體組織NANOPOLISTM于2007年出版的《納米技術(shù)百科全書》多媒體教程引用并收錄， 并被邀請作“聚焦離子束”章節(jié)的內(nèi)容評審人。

學術(shù)刊物論文中有關(guān)基于聚焦離子束直接沉積實現(xiàn)微型柱面透鏡與邊緣發(fā)射型半導(dǎo)體激光器集成化實現(xiàn)激光束的一維和二維整形的技術(shù)、以及類金剛石薄膜上一步寫入微透鏡技術(shù)，被國際上面向工業(yè)界的雜志Laser Focus World分別摘錄并以新聞簡報的形式在“光電子世界新聞”欄目中公布；并已分別獲得美國發(fā)明專利和中國發(fā)明專利的授權(quán)。

鑒于他出色的科研成就，近年來相繼在美國、加拿大、日本、韓國、新加坡、中國等國舉辦的衍射光學與微光學、微加工及納米加工、離子束及應(yīng)用、精密工程、納米技術(shù)NanoTech 2004、亞洲光電子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等專題會議及年會上作大會報告及特邀報告。

2010年，付永啟被國家科技部聘請為國家重點基礎(chǔ)研究計劃（973）項目“光學自由曲面制造的基礎(chǔ)研究”的項目專家組成員；并受邀分別擔任國際學術(shù)刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高級主編、副主編、及編委。

第7篇：光學加工技術(shù)范文

河南平原光電有限公司制造四部光學球面拋光一班以四個 “一流”為主要內(nèi)容，以“安全”“和諧”為目標，在開展創(chuàng)建“工人先鋒號”建功立業(yè)競賽活動中，取得了突出成效，先后被兵器工業(yè)集團公司授予“五好一準確”優(yōu)秀班組，河南省總工會“工人先鋒號”,并被國防工業(yè)企業(yè)聯(lián)合會作為xx年度“管理創(chuàng)新”成果的一個典型案例，xx年5月被中華全國總工會授予全國“工人先鋒號”.

光學生產(chǎn)是平光公司的一項主業(yè)生產(chǎn)，“球面拋光”則是這條生產(chǎn)線上工藝要求最高、最具牽制作用的一道關(guān)鍵工序。球面拋光一班共有16名員工，平均年齡40歲，其中男工2名，女工14名。包括技師3名，高級工3名，中級工7名，黨團員各1名，文化程度：大專4人，中專2人、高中8人、初中1人。承擔著公司近2/3的光學零件球面拋光工序的加工任務(wù)。

為了扎實開展創(chuàng)建“工人先鋒號”建功立業(yè)競賽活動，她們確定了以“建樹一流素質(zhì)、創(chuàng)造一流工作、提供一流服務(wù)、取得一流業(yè)績”四個“一流”為主要內(nèi)容，以“保持安全生產(chǎn)”、“打造和諧團隊”為目標，做到了有方案、有措施、有考核、有獎懲，使創(chuàng)建活動落到實處。

建樹一流素質(zhì) 她們緊緊抓住“作風”與“技能”兩個關(guān)鍵點，從班組文化開始，凝心聚力，提升素質(zhì)。在每周的“班組例會”中，增加了文化理念案例評說、法規(guī)制度遵守點評，職業(yè)道德事例講評，“五好一準確”(完成任務(wù)好、現(xiàn)場管理好、質(zhì)量安全好、成本控制好、精神文明好、管理信息真實準確)自查打分等，使思想作風和業(yè)務(wù)技能工作同步提高，實現(xiàn)了班組管理科學化、民主化、規(guī)范化、特色化。

球面拋光一班承擔著公司全部球面光學零件軍品、新品科研生產(chǎn)，及年近350萬對外勞務(wù)協(xié)作任務(wù)。隨著對外協(xié)作任務(wù)的不斷擴大和光學生產(chǎn)科技含量的不斷增加，尤其是一些環(huán)境要求特殊甚至于太空環(huán)境的光學零件，班組開展了針對性的業(yè)務(wù)知識、專業(yè)技能培訓(xùn)，全體成員參加了80人次的技術(shù)培訓(xùn)、崗位練兵，業(yè)務(wù)水平明顯提高，2人入選“二五八人才”和10人“車間骨干人才”.班組還積極開展“導(dǎo)師帶徒”活動，班組中的老師傅耐心指導(dǎo)新入廠的大學生，在空閑時間和大學生談心，引導(dǎo)他們認真學習業(yè)務(wù)知識，樹立新時代技術(shù)工人的良好形象，嚴格要求這些新入廠的學生把理論知識和平光生產(chǎn)的實際相結(jié)合起來，努力做到理論上更加扎實技術(shù)上能夠精益求精，務(wù)實創(chuàng)新，成為企業(yè)發(fā)展和班組建設(shè)的新生力量。

創(chuàng)造一流工作 班組深入開展技術(shù)創(chuàng)新活動，牢固樹立成本控制、節(jié)約降耗意識，特別是在xx年，積極開發(fā)新產(chǎn)品，研究和應(yīng)用新材料、新技術(shù)、新工藝，努力改進工藝設(shè)備，改善操作，對于技術(shù)含量高，加工難度大的零件，班組成員積極與技術(shù)人員配合，積極創(chuàng)新以滿足客戶的技術(shù)要求。

例如：在加工航空航天某研究所一個焦距長達17000mm的批量等厚透鏡時，傳統(tǒng)放大口徑拋光磨邊的工藝，已不能滿足產(chǎn)品高精度要求，只有嚴格控制邊厚差，來保證透鏡的光軸偏心要求。按該件焦距算得邊厚差僅有0.0034mm,給加工及檢測都提出了傳統(tǒng)工藝不能克服的困難，球面拋光一班技師骨干與技術(shù)人員一起在德國進口數(shù)控銑磨拋光設(shè)備上開展工藝創(chuàng)新活動，利用該設(shè)備同時開發(fā)磨邊功能，將該件邊厚差控制在0.002mm以內(nèi)，優(yōu)化了傳統(tǒng)工藝，同時在拋光工序一次完成了光軸定心磨邊工序，大大縮短了工藝流程，極大的提高了批量傳統(tǒng)球面零件的加工效率和精度，快速響應(yīng)客戶市場及高品質(zhì)的光學零件，得到了客戶的高度評價。利用此創(chuàng)新工藝，該班組在數(shù)控設(shè)備加工某軍品產(chǎn)品中的15種零件，在未增加人員的情況下，短短一個多月時間，僅一人完成了全部15種零件拋光任務(wù)，這是傳統(tǒng)拋光工藝所無法辦到的，該創(chuàng)新工藝的效率是傳統(tǒng)拋光工藝效率的5倍;僅此一項創(chuàng)新活動節(jié)約材輔料近9萬元。

該班組在開展創(chuàng)新工藝的同時，積極開展多波段紅外光學材料新加工技術(shù)研究，不斷探索了紅外晶體Ge、ZnS等材料的加工技術(shù)，為公司產(chǎn)品發(fā)展不斷儲備新技術(shù)。

提供一流服務(wù) 班組堅持文明、優(yōu)質(zhì)、誠信的服務(wù)理念，積極開展服務(wù)創(chuàng)新，堅持為產(chǎn)品配套單位(班組)、下道工序提供熱情周到、規(guī)范滿意的服務(wù)，不斷提高服務(wù)競爭力，xx年，班組采取了各種措施改進生產(chǎn)，力爭為客戶提供高質(zhì)量、高品質(zhì)的產(chǎn)品，使公司的客戶滿意度、公眾認知度得到大幅提高。同時，班組通過制造部積極和其它的光學廠進行交流，就加工零件過程中遇到的各種問題和困難進行探討，然后總結(jié)經(jīng)驗，積極創(chuàng)新，解決生產(chǎn)過程中的問題。例如某產(chǎn)品的雙凸透鏡，材料為ZF11,質(zhì)地軟，化學穩(wěn)定性差，若把零件涂完粘結(jié)膠后放置時間過長則會出現(xiàn)黑印子，同時清洗的時候也不能在酒精中放置時間太長，針對這種情況，經(jīng)過探討和研究以后采用了在拋光以后立即涂上保護液或者縮醛膠，然后再冷卻下盤清洗，這樣既保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，又且解決了該產(chǎn)品的工藝難題，提高了公司在該產(chǎn)品的生產(chǎn)上的工藝水平。

取得一流業(yè)績 作為公司軍、民品光學生產(chǎn)任務(wù)的關(guān)鍵班組，她們緊密結(jié)合崗位工作實際，積極投身于崗位創(chuàng)一流、建功當先鋒，把先進理念轉(zhuǎn)化為先鋒行為，不僅年年月月保質(zhì)保量全面完成任務(wù)，而且還協(xié)助其他班組完成了如光學截止干涉濾光膜和窄帶干涉濾光片的研制、多波段超寬帶增透膜膜系的開發(fā)、加熱膜工藝的改進與金屬剃度衰減濾光膜工藝的創(chuàng)新等工作。xx年完成加工零件751種、32941件，總產(chǎn)值347萬元。在公司和車間開展的勞動競賽中，該班組因兩個文明建設(shè)成績突出，月月榜上有名，并在年底獲得明星班組特等獎。

保持安全生產(chǎn) 單位和班組認真貫徹“安全第一，預(yù)防為主，”的方針，始終堅持群監(jiān)群防的原則，積極開展“安康杯”競賽、“安全生產(chǎn)月”等安全生產(chǎn)活動，做到無人身傷亡和重大質(zhì)量、設(shè)備事故。安全生產(chǎn)工作方面，積極組織班組成員學習《安全生產(chǎn)》手冊，認真開展“反三違”、“安康杯”競賽、“安全生產(chǎn)月”活動，做好設(shè)備的維護和保養(yǎng)工作，針對球面拋光機器的特點，積極和機電修班組相結(jié)合，定期檢查軸承和線路，避免安全事故的發(fā)生。與此同時組織人員定期對設(shè)備進行保養(yǎng)，每日進行基本的維護，堅決杜絕存在安全隱患的機器的使用。在部門領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷下，在班長盧玉琴的以身作則的表率作用下，全面提高了班組成員的安全意識，有效的防止和杜絕了各類安全事故的發(fā)生。

第8篇：光學加工技術(shù)范文

關(guān)鍵詞:技術(shù)特點;技術(shù)種類;發(fā)展趨勢

一、概述

傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)對推動人類的進步和社會的發(fā)展起到了重大的作用。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展,新型工程材料不斷涌現(xiàn)和被采用,工件的復(fù)雜程度以及加工精度的要求越來越高,對機械制造工藝技術(shù)提出了更高的要求。

二、特種加工技術(shù)的特點

(一)加工范圍上不受材料強度、硬度等限制。特種加工技術(shù)主要不依靠機械力和機械能去除材料,而是主要用其他能量(如電、化學、光、聲、熱等)去除金屬和非金屬材料,完成工件的加工。故可以加工各種超強硬材料、高脆性及熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料。

(二)以柔克剛。特種加工不一定需要工具,有的雖使用工具,但與工件不接觸,加工過程中工具和工件間不存在明顯的強大機械切削力,所以加工時不受工件的強度和硬度的制約,在加工超硬脆材料和精密微細零件、薄壁元件、彈性元件時,工具硬度可以低于被加工材料的硬度。

(三)加工方法日新月異,向精密加工方向發(fā)展。當前已出現(xiàn)了精密特種加工,許多特種加工方法同時又是精密加工方法、微細加工方法,如電子束加工、離子束加工、激光束加工等就是精密特種加工:精密電火花加工的加工精密度可達微米級0.5～1u m,表面粗糙度可達鏡面Ra0.021.1m。

(四)容易獲得良好的表面質(zhì)量。由于在加工過程中不產(chǎn)生宏觀切屑,工件表面不會產(chǎn)生強烈的彈、塑性變形,故可以獲得良好的表面粗糙度。殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機械切割表面小,尺寸穩(wěn)定性好,不存在加工中的機械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變。特種加工的主要應(yīng)用范圍有

1.加工各種難切削材料。如硬質(zhì)合金、鈦、合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬硬鋼、金剛石、紅寶石、石英以及鍺、硅等各種高硬度、高強度、高韌性、高熔點的金屬及非金屬材料。

2.加工各種特殊復(fù)雜零件的三維型腔、型孔、群孔和窄縫等。如發(fā)動機機匣、整體鍋輪、鍛壓模和注射模的立體成型表面,各種沖模、冷拔模上特殊斷面的型孔,炮管內(nèi)膛線,噴油嘴、柵網(wǎng)、噴絲頭上的小孔、窄縫等。

3.加工各種超精、光整或具有特殊要求的零件。如對表面質(zhì)量和精度要求很高的航天航空陀螺儀、閥,以及細長軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工,有些方法還可用于納米級加工。

4.以高能量密度束流實現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細。

三、特種加工技術(shù)的種類

特種加工技術(shù)所包含的范圍非常廣,隨著科學技術(shù)的發(fā)展,特種加工技術(shù)的內(nèi)容也不斷豐富。

(一)電火花加工

電火花加工又稱作電蝕加工或放電加工,是將工具電極和工件置于絕緣的工作液中,工件和工具分別接直流脈沖電源正極和負極,加上電壓,利用工具電極和工件電極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象對材料毛坯進行加工。

(二)電化學加工

電化學加工是通過電化學反應(yīng)去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料等的特種加工。該方法主要包括電解、電鍍、電鑄、電化學拋光等工藝方法。

(三)高能束流加工

高能束流加工也稱為三束流加工,是利用能量密度很高的激光束、電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱。其中電子束加工技術(shù)改變了原有的設(shè)計思想,可將原有的高精度復(fù)雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個易加工的單元,精加工和熱處理以后,用電子束將其焊接成整體零件。

(四)物料切蝕加工

物料切蝕加工包括超聲波加工與水噴射加工、磨料噴射加工、磨料流動加工。是指利用流體、磨料,流體與磨料的混合液等動能,去沖擊、拋磨、浸蝕工件被加工部位而實現(xiàn)去除工件材料的方法。

(五)復(fù)合加工

復(fù)合加工是指用多種能源組合進行材料去除的工藝方法,大多是在機械加工的同時應(yīng)用流體力學、化學、光學、電磁學和聲波等能源進行綜合加工,這些加工方法能夠提高加工效率或獲得很高的尺寸精度、形狀精度和完整的表面。

四、特種加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

(一)采用自動化技術(shù)充分利用計算機技術(shù)對特種加工設(shè)備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化,建立綜合參數(shù)自適應(yīng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等,進而建立特種加工的cAD/cAM和FMS系統(tǒng),這是當前特種加工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。

(二)向工程化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展不斷改進、提高高能束源品質(zhì),對大功率、高可靠性、多功能、智能化加工設(shè)備的研發(fā)是今后的重點發(fā)展方向。

(三)著力開展精密化研究高新技術(shù)的發(fā)展促使高新技術(shù)產(chǎn)品向超精密化與小型化方向發(fā)展,正向亞微米級和納米級邁進,對產(chǎn)品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。

(四)污染問題是影Ⅱ自和限制某些特種加工應(yīng)用、發(fā)展的嚴重障礙,加工過程中產(chǎn)生的廢渣、廢氣如果排放不當,會造成環(huán)境污染,影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢渣、廢液,向“綠色”加工的方向發(fā)展。

五、結(jié)束語

現(xiàn)代特種加工技術(shù)主要是伴著高硬度、高強度、高韌性、高脆性等難切削材料的額出現(xiàn),以及制造精密細小、形狀復(fù)雜和結(jié)構(gòu)特殊的零件的需要而產(chǎn)生的,具有其他常規(guī)加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點,已成為航空航天、汽車、儀器儀表、微型機械、輕工、模具等行業(yè)的支撐技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。隨著科學技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,特種加工技術(shù)必將不斷完善和迅速發(fā)展,反過來又必將推動科學技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,并發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻:

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[3]孔慶華.特種加工[M].上海:同濟大學出版社,2003.

[4]白基成,郭永豐,劉晉春.特種加工技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2006.

第9篇：光學加工技術(shù)范文

摘要：本文通過比較波導(dǎo)濾波器設(shè)計在太赫茲波段與微波波段的區(qū)別，闡述太赫茲濾波器的設(shè)計要點。結(jié)合傳統(tǒng)雙通帶濾波器設(shè)計理論，提出了幾種適合太赫茲頻段的波導(dǎo)雙通帶濾波器結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵字：太赫茲雙通帶濾波器波導(dǎo)濾波器

1 引言

太赫茲有很多優(yōu)點：高數(shù)據(jù)傳輸率、優(yōu)秀的方向性、更高的安全性、較低的散射、更高的透射比等等。太赫茲通信技術(shù)已經(jīng)成為許多發(fā)達國家的研究重點。對于太赫茲通信系統(tǒng)而言，波導(dǎo)是實現(xiàn)諸如濾波器，功分器，耦合器等無源器件的良好媒介。本文研究的太赫茲波導(dǎo)濾波器作為太赫茲通信系統(tǒng)的重要組成部分，有著非常重要的研究意義。

太赫茲技術(shù)通過這幾年的飛速發(fā)展，利用光子晶體或者采用MEMS加工技術(shù)都成功設(shè)計出了許多太赫茲濾波器，太赫茲通信系統(tǒng)也應(yīng)運而生。使用雙通帶濾波器可以配合多通帶收發(fā)機以及多通帶天線，組成多通帶的通信系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)雙通帶通信系統(tǒng)，它的體積大大降低，可靠性提高，成本降低。太赫茲雙通帶濾波器的研究是一項有著推動意義的工作。

2 太赫茲濾波器設(shè)計關(guān)鍵

太赫茲（Terahertz，1THz=1012Hz）波泛指頻率在0.1～10THz范圍波段內(nèi)的電磁波，介于微波與遠紅外光之間，其長波段與亞毫米波重合，短波段與紅外線重合，所以其既有一些微波的性質(zhì)，也符合一些微觀量子論的光學特征。太赫茲領(lǐng)域的研究也從一開始就分成了電學、光學的兩個方向。本文是從電磁學的角度，對太赫茲波段中頻率較低波長較長的波段（即頻率范圍100-1000GHz的波段）進行分析的。

矩形波導(dǎo)是最早用于微波信號的傳輸線類型之一，被用于制作從1GHz到超過220GHz波段的大量元件[1]。本文選擇使用矩形波導(dǎo)傳輸線是因為：第一，相比于平面?zhèn)鬏斁€，封閉波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的輻射損耗要低得多，可以使濾波器的插損減??；第二，矩形波導(dǎo)是結(jié)構(gòu)最簡單的波導(dǎo)之一，使用矩形波導(dǎo)設(shè)計太赫茲濾波器有許多經(jīng)典結(jié)論可以參考，而且矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)更易加工。

頻率達到太赫茲波段，電子元件的最大特點就是尺寸大幅縮小。衛(wèi)星數(shù)字廣播常用的Ku波段（12GHz-18GHz）使用的標準波導(dǎo)BJ140內(nèi)截面尺寸為15.799mm×7.899mm，工程上允許偏差范圍為±0.031mm。而太赫茲頻段的第一個大氣窗口[2]，頻率140GHz的頻段所使用的標準波導(dǎo)BJ1400的內(nèi)截面尺寸為1.651mm×0.8255mm，允許偏差范圍±0.0064mm。可見，由于尺寸大幅縮小，太赫茲頻段元件所要求的加工精度將提高數(shù)倍甚至數(shù)十倍之多。

雖然太赫茲元件的加工工藝正在飛速發(fā)展，但是目前的工藝仍然很難達到很理想的情況，如前文所見，波導(dǎo)內(nèi)截面尺寸精度在太赫茲最低頻段部分就需要將誤差控制在±6um，一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)所需精度更高，而且這個數(shù)值還將隨著頻率的升高而升高，所以對于濾波器結(jié)構(gòu)的選擇與加工技術(shù)有密切的關(guān)系?？梢赃@么說，如果加工精度一定，那么追求相對誤差小的濾波器結(jié)構(gòu)是太赫茲濾波器設(shè)計的關(guān)鍵。

3幾種合適的雙通帶太赫茲濾波器結(jié)構(gòu)

按經(jīng)典濾波器設(shè)計理論，微波濾波器是由諧振腔與耦合結(jié)構(gòu)組成的。上文講到要追求較小的相對誤差，那么濾波器的諧振腔與耦合結(jié)構(gòu)應(yīng)當盡量簡單。

最傳統(tǒng)的E面膜片并聯(lián)電感耦合結(jié)構(gòu)是最容易想到的，采用這種結(jié)構(gòu)的濾波器誤差影響最大的部分是耦合膜片結(jié)構(gòu)，設(shè)計時可以適當增加膜片厚度來減小誤差的影響，這種濾波器加工比較簡單，國內(nèi)已經(jīng)有單位加工并測試成功了這種結(jié)構(gòu)中心頻率140GHz的單通帶濾波器[3]，圖1（a）為此種結(jié)構(gòu)的雙通帶濾波器結(jié)構(gòu)模型。

一種新型波紋型濾波器在模型上更為簡單[4]，此種結(jié)構(gòu)利用矩形波導(dǎo)的交錯對接代替了膜片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耦合效果。圖1（b）為這種結(jié)構(gòu)的雙通帶濾波器結(jié)構(gòu)模型。這種結(jié)構(gòu)加工也比較簡單，而且加工誤差所帶來的影響更小一些，但是設(shè)計難度較剛才有所提高。

前面兩種結(jié)構(gòu)的雙通帶濾波器都是兩路單通帶濾波器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，圖1（c）是一種雙模諧振腔雙通帶濾波器結(jié)構(gòu)模型，此結(jié)構(gòu)最早由J. Bornemannd等人提出[5]。此種結(jié)構(gòu)省去了一條濾波器支路和T型傳輸接頭，對加工誤差敏感度不高，但是加工難度更大，設(shè)計難度也比上兩種結(jié)構(gòu)高。

（a） （b） （c）

圖1三種雙通帶濾波器結(jié)構(gòu)模型圖

4結(jié)束語

本文分析了太赫茲濾波器的設(shè)計要點，提出了三種雙通帶太赫茲濾波器結(jié)構(gòu)，并簡要分析了它們各自的優(yōu)缺點。為了驗證以上這些結(jié)構(gòu)，仿真、加工、測試等等環(huán)節(jié)還需跟上。太赫茲雙通帶濾波器的研究還處在萌芽階段，這個工作不只需要對太赫茲雙通帶濾波器理論的研究，還需要依靠加工工藝的更新發(fā)展。

參考文獻

[1]David M. Pozar.微波工程（第三版），電子工業(yè)出版社，2006

[2]Michael J.Fitch， Robert Osiander. Terahertz waves communications and sensing[J]. Johns Hopkins APL Technical Digest， 2004， 24（4）： 348-355

[3]杜亦佳，鮑景富，趙興海。太赫茲微加工波導(dǎo)濾波器[J].電子與信息學報，2012， 34（3）：728-732（EI：20122315093112）