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요약

A novel optical polishing process, called “Convergent Polishing”, which enables faster, lower cost polishing, is described. Unlike conventional polishing processes, Convergent Polishing allows a glass workpiece to be polished in a single iteration and with high surface quality to its final surface figure without requiring changes to polishing parameters.

초록

집중적 인 연마는 초기 형태의 독립적 인 워크, (즉, 표면 그림), 고정, 변하지 않는 조건에서 우수한 표면 품질과 최종 표면의 그림을 수렴 할에 평면과 구면 유리 광학 마무리를위한 새로운 연마 시스템 및 방법입니다 하나의 연마 반복에서 매개 변수를 연마. 대조적으로, 종래의 전체 개구 연마 방법은 원하는 표면도를 달성하는 연마, 계측 및 공정 변화를 포함하는 다수의, 종종 긴 반복주기를 요구한다. 수렴 폴리싱 처리는 무릎의 형태로 수렴 공작물의 제거 및 감소의 결과로 압력 차가 발생 공작물 랩 높이 불일치의 개념에 기초한다. 수렴 폴리싱 공정의 성공적인 구현은 공작물 무릎 제외 불균일 공간 재료 제거 (모두를 제거하기위한 다양한 기술의 조합의 결과이다표면도 컨버전스 불일치) 및 낮은 스크래치 밀도 및 낮은 거칠기 시스템에서 악성 입자의 수​​를 감소시킨다. 수렴 폴리싱 처리는 각종 유리 재료에 모두 아파트와 다양한 형상, 크기의 분야, 및 종횡비의 제조를 위해 설명되었다. 실질적인 영향은 고품질 광학 부품은 낮은 단가의 결과, 이하와 메트 롤로 지, 덜 노동, 더 반복하여,보다 신속하게 제조 될 수 있다는 것이다. 본 연구에서는 융합 연마 프로토콜은 특히 사각 81cm 직경 폴리 셔에 표면 당 4 시간을 연마 한 후 폴리싱 ~ λ / 2면 그림을 잘 접지면에서 실리카 아파트를 융합 26.5 cm 제조 기술되어있다.

서문

일반적인 광 제조 공정의 주요 단계는 성형, 연마, 전체 조리개 연마, 1-3을 연마 때로는 작은 도구를 포함한다. 이미징 및 레이저 시스템을위한 고품질의 광학 부품에 대한 수요 증가, 지난 몇 년 동안 광학 제조에 상당한 발전이 있었다. 예를 들어, 정밀를 들어, 결정 물질 제거 (CNC) 유리 형성 기계 제어 컴퓨터 수치의 발전과 형성 및 연마 과정에서 지금 가능하다. 마찬가지로, 작은 도구 연마 기술 (예를 들어, 컴퓨터 제어 광학 표면 처리 (CCOS), 이온 파악하고, 자기 유동 학적 마무리 (MRF))은 이렇게 강하게 광 제조 산업에 영향을 미치는 결정적 물질 제거 및 표면 그림 컨트롤을 주도했다. 그러나, 마무리 공정을, 전체 개구 연마의 중간 단계는 아직 통상의 숙련을 필요 opticia, 높은 결정 성 결여NS는, 복수를 수행하는 종종 여러 프로세스 변경 긴, 반복주기를 원하는 표면 그림 1-3을 달성하기 위해.

연마 방법, 공정 변수와 복잡한 화학 및 소재, 무릎 및 슬러리 3-4 사이의 기계적 상호 작용의 많은 수는 도전적인 과학 '예술'에서 광학 연마를 변환하기 위해 만들었습니다. 결정적 전체 조리개 연마를 달성하기 위하여, 연마 율은 잘 이해되어야한다. 역사적으로, 소재 제거율은 널리 사용되는 프레스 식 (5)에 의해 설명 되었으나

figure-introduction-838 (1)

DH / DT는 평균 두께 제거 속도이고, p는 유전 상수 프리스톤, σ O이다적용된 압력 및 V R을 공작물과 무릎 사이의 평균 상대 속도이다. 모식 시공간 속도 변동 및 압력 차이 포함한 프리스톤 수식 바와 같은 재료 제거 속도에 영향을 미치는 물리적 인 개념을 도시 한 도표 적용된 압력 및 압력 분포 공작물 경험과 마찰 효과 6-8. 특히, 공작물에 의해 경험되는 실제 압력 분포 강하게 공작물의 표면도를 수득 영향 (다른 곳에서 상세히 설명한 6-8) 현상의 수에 의해 지배된다. 또한, 프레스톤 식에서 현미경 및 분자 수준의 효과는 주로 전체적인 재료 제거 속도, 마이크로 거칠기, 심지어 공작물에 스크래치에 영향을 육안 프리스톤 상수 (k 값 P), 접혀있다. 다양한 연구는 설명하기 위해 프레스턴의 모델을 확대 미세한 슬러리 입자 패드 워크 상호 작용 물질 제거 속도와 거칠기 9-16를 설명하기 위해.

전체 조리개 폴리싱 동안에도 표면의 결정 성 제어를 달성하기 위해, 상술 한 현상을 각각 정량 이해하고 제어 할 필요가있다. 집중적 인 연마 뒤에 전략 중 설계 광택제 설계를 통해 또는 제거 인해 공작물 형상 공작물 랩 불일치에 의해서만 구동되도록 프로세스 제어에 의해, 제거 또는 비 균일 한 물질 제거의 바람직하지 않은 원인을 최소화하는 것이다 7,17- 18. 그림 2는 공작물 형상이 공작물 무릎 불일치 개념을 기반으로 융합으로 이어질 수있는 방법을 보여줍니다. 평면 무릎과 좌측 상단에 복잡한 모양의 가상 워크를 고려한다. (갭, ΔH 올 라 칭함) 인터페이스 높이 불일치는 인터페이스 압력 분포 (σ)에 영향을 미친다 :

콘텐츠 "FO : 유지-together.within 페이지 ="항상 "> figure-introduction-2044 (2)

h는 상수 설명 속도가 어디되는 압력은 갭 ΔH 올 6의 증가와 함께 감소한다. 이 예에서, 공작물은 폴리싱 동안 높은 초기 물질 제거율을 관찰한다 중심에서 가장 높은 로컬 압력 (도 2의 왼쪽 아래 참조), 따라서이 위치를 갖는다. 재료가 제거 될 때, 공작물에 걸쳐 압력 차이가 공작물 무릎 불일치 감소로 인하여 감소되며, 공작물의 랩 형상으로 수렴된다. 수렴, 공작물 압력 분포, 따라서 물질 제거시 (도 2의 우측 참조)에 걸쳐 균일 한 공작물 것이다. 이 예제는 howev, 평면 무릎에 대한 설명된다어, 동일한 개념은 (오목 또는 볼록 중) 구형 무릎에 적용됩니다. 공간 재료 불균일성에 영향을주는 모든 다른 현상이 제거 된 경우에는 다시,이 수렴 프로세스는 작동한다. 수렴 연마 프로토콜 구현의 구체적인 절차 및 엔지니어링 완화는 토론에 설명되어 있습니다.

다음 연구에 기재된 프로토콜은 미세 지표면에서 시작 26.5 cm 정사각형 용융 실리카 유리 편 특별히 수렴 연마 공정이다. 연마 8 시간 (4 시간 /면),이 소재는 매우 높은 표면 품질 (즉, 낮은 스크래치 밀도)와 함께 ~ λ / 2의 광택 평탄도를 달성 할 수있다.

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프로토콜

폴리 셔 및 슬러리 1. 준비

먼저 집중적 인 연마 시스템 준비 (나는 독립 표면 nitial, 특히 C의 onvergent라고 불리는, S 화롯불 반복, R의 ogue 입자 - 무료 폴리 셔 또는 CISR (발음 '가위')) 패드 및 격막 조절 패드를 설치하여 7,17, 희석 및 화학적 슬러리를 안정화하고, 여과 시스템 내의 슬러리를 통합.

  1. CISR 폴리 셔에, 화강암 무릎베이스 상에 폴리 우레탄 패드를 준수합니다. 하나의 가장자리를 제 1 패드 부착되어 에어 갭을 최소화하는 대향 에지를 향해 방향으로 압력을 적용한다. 돌출 된 패드를 잘라서 천공하고 필요하다면 기포를 제거하는 면도날과 롤러를 사용한다.
  2. 처음 사용하기 위해 모든 ~ 100 시간 후CMP 다이아몬드 컨디셔너를 사용하여 패드, 다이아몬드 연마 조건의 R (50mm 직경은 0.6 psi의 압력을 적용, 5 분 체류를 25mm 간격 단위로 각 반경 무릎 위치에서, 무릎 회전 25 RPM) 흐르는 DI 물.
  3. 흐르는 DI 물, 연마 반복 사이에 현장 초음파 세척기 (무릎 회전 rpm으로 5 ~ 각 반경 위치에서 2 분 드웰)를 사용하여 패드에서 잔류 슬러리 및 유리 제품을 제거합니다.
  4. 독특한 모양의 격막의 무게에, ​​양면 폼 테이프 후 격벽 재료 (예를 들면, 프리 컷 유리 또는 다른 비 착용 재료)를 준수합니다. 격벽 재료와 가중치의 형상과 일치하도록 돌출 폼 테이프 트림. 격막 디자인 (형태와 무게 모두) 워크 랩 7,17의 다른 크기에 대한 변경을합니다.
  5. 부피 혼합 구체적으로 (보메 4 농도에 슬러리를 연마 준비 ~ 11 L의 BU 1 부 산화 세륨 연마 슬러리 ~ 9 부 탈 이온수 (DI) 물cket). 보메 플로트를 사용하여 보메을 확인합니다. 9.5의 pH를 조정하고 ~ 독점적 ​​인 계면 활성제 (19)의 120 ㎖ (1 부피 %)를 추가 할 수 KOH (10 M)의 ~ 5 ML을 추가합니다. pH와 바움 연마의 모든 24 시간을 조정합니다.
  6. 여과 시스템으로 제조 된 슬러리 양동이를 설치합니다. 이어서 여과 시스템에 원하는 CMP 입자 필터를 설치한다. 몇 시간 동안 여과 시스템 내에서 슬러리 재순환을 보자.
  7. 슬러리의 측정 입도 분포 (예를 들어, 하나의 입자 광 센싱 기술을 사용하여) 분포의 꼬리 단부를 충분히 확보하기 위해서는 불량 무 입자 9,20이다.

워크 (에칭 및 차단) 2. 준비

연마 전에, 화학적 손상 21 연삭 서브 표면을 제거하는데 필요한 물질 제거의 양을 줄이기 위해 수용된대로 미세 접지 공작물을 에칭. 종횡비 (즉, 길이 / 두께)> 1 인 경우, (공작물 블록0) (22)를 차단 및 연마 동안 공작물 구부러짐을 방지하는 신규 한 피치 차단 버튼 (PBB) 기술을 사용.

  1. NH 4 F : 6 시간 (6 : (BOE) 3X는 DI 물에 희석 한 완충 산화물 에칭)을 제거하는 미세 접지 편 (구체적으로는 265 X 265 X 8mm 3 용융 실리카 유리 평면) HF로 채워진 탱크에 에칭 공작물의 표면에서 유리의 10 μm의. 주의! BOE는 매우 위험합니다; 적절한 개인 보호 장비 (PPE)를 착용. 에칭 탱크에서 작업 물을 제거하고 적극적으로 DI 워터 워크를 씻어 공기 워크 수직으로 건조 할 수 있습니다.
  2. 어두운 방에 밝은 빛 검사를 사용하여 연마 과정에서 깊은 손상 워크를 검사합니다. 더 깊은 손상이 발견되지 않는 경우, 다른 재 연삭 다시 워크를 보내, 다음 단계로 진행하십시오.
  3. 아교 총에 피치를 차단 가열의 얼굴에 피치 ~ 95 ºC과 장소 방울 (또한 버튼) (~ 0.06 g)에9 X 9 배열의 차단 판 (26mm 간격으로 81 버튼). 다른 크기의 워크의 경우, 이상적인 수, 크기에 대한 규칙 및 피치 버튼 (22)의 간격을 디자인을 참조하십시오. 적용 버튼을 70 예열 오븐에 얼굴을 차단 플레이트를 배치 ºC.
  4. 폴리싱 될하지 않은 공작물의면에 테이프를 적용한다. 기포를 생성하거나 과도하게 테이프를 연신 피한다.
  5. 오븐에 차단 판에 버튼에 내려 테이프 측면과 공작물을 놓습니다. 대류 흐름을 최소화하기 위해 공작물 버튼 블록을 커버. 1.5 시간 후, 실온으로 10 ºC / 시간을 냉각 오븐 설정합니다. 냉각 후, 차단 된 공작물의 피치 두께는 ~ 1mm이어야한다.

3. 집중적 인 연마

  1. 연마 동안 건조에서 슬러리를 방지하기 위해 CISR 광택제의 환경 챔버에서 습도 시스템의 전원을 켜고 워크를 긁적 불량 입자를 최소화 할 수 있습니다.
  2. INS키와 폴리 셔로 설계하고 준비 격막을 탑재합니다. 워크를 개최 CISR 광택제 낮은 붐에 PBB 공작물을 설치합니다.
  3. ~ 75mm의 반경 획 1 갤런 / 분의 여과 시스템에서 슬러리 흐름 25 rpm으로 유사한 무릎 공작물 회전 속도로 4 시간 동안 CISR 폴란드어 공작물.
    주 : 0.6 psi의 압력을인가하도록 공작물 적재 중량으로 대응하는 차단 판 역할도.
  4. 무릎과 공작물 회전 및 슬러리의 흐름을 끕니다. CISR 폴리 셔에서 PBB 공작물을 제거하고 DI 물이 채워진 욕조에 그것을 물속에 가라 앉히다. 잠수하는 동안 클린 룸 천으로 공작물 표면을 닦으십시오. DI의 물로 씻어 목욕 PBB 공작물을 제거하고 스프레이.
  5. 공작물 블록 계면 심을 삽입하여 디 블록 공작물. 공작물 표면에서 테이프를 제거합니다. 적극적으로 DI 물과 공기 건조와 워크를 씻어.
  6. PBB이어서 PO 반복 항에서 기술 한 공작물의 대향면3 항에 명시된 절차를 퍼블리싱.

4. 계측 및 검사

  1. 측정은, 간섭계를 이용하여 공작물의 양면의 파면 (즉, 표면도)뿐만 아니라 투과 파면을 반영.
  2. 마운트 밝은 빛 검사 역에 소재 및 광 제조 표준 방법을 사용하여 스크래치 / 발굴 특성을 측정한다. 단계 2.1에 기재된 바와 같이 공작물의 짧은 에칭 BOE는 높은 플루 언스의 레이저 용도에 사용 공작물 숨겨져 흠집을 노출시킬 수있다. 공작물에 미세한 흠집이나 거칠기의 측정을 위해 표준 광학 현미경 또는 백색광 간섭계가 사용될 수있다.
  3. 스토어 공작물의 얼굴을 가진 컨테이너 최소화 접촉 워크를 완료했다.

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결과

집중적 인 연마 프로토콜 상술의 산곡 평탄성, 표면 당 4 시간의 단일 반복에서, 연마 (이 경우 26.5 cm 정사각형)을 접지 용융 실리카 공작물을 허용 ~ λ / 2 (~ 낮은 종횡비의 공작물과 높은 종횡비 가공품 1λ ~ (~ 633 ㎚) 330 ㎚) ()도 3 참조. 다시 한번,이 프로세스는 반복적으로 연마 매개 변수를 변경하지 않고 동일한 최종 표면 도표에 공작물을 집광하고, 초기 표면도 무관하다. 또한, ~ 4?...

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토론

서론에서 언급 한 바와 같이 제거하거나 인해 워크 형상에 공작물 무릎 불일치의 것을 제외하고 공간 자료 비 균일 영향을 미치는 모든 현상을 최소화 포함, 융합의 성공적인 구현은 그림 표면에 대해 연마. 이러한 현상 중 어느 하나를 적절하게, 어느 공정 제어를 통하여 또는 광택제, 다음 원하는 수렴 점 달성 또는 유지 될 수없는 적절한 공학을 통해 완화되지 않는 경우; 따라서 기본적으로 모?...

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공개

The authors have nothing to disclose.

감사의 말

This work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344 within the LDRD program.

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자료

NameCompanyCatalog NumberComments
MHN 50 mil Polyurethane Pad Eminess TechnologiesPF-MHN15A050L-56
Cerium oxide polishing slurryUniversal PhotonicsHASTILITE PO
Septum Glass (waterjet cut)Borofloat ; Schott NA
Diamond conditionerMorgan Advanced Ceramics CMP-25035-SFT
Ultrasonic CleanerAdvanced Sonics Processing SystemURC4
Purification Optima Filter cartridge3MCMP560P10FC
Blocking PitchUniversal PhotonicsBP1
Blocking Tape3M#4712
Cleanroom ClothITW TexwipeAlphaWipe TX1013
Single Particle Optical SensingParitcle Sizing SystemsAccusizer 780 AD

참고문헌

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