第1章 现代光学加工绪论

现代光学加工技术现代光学加工技术西安工业大学徐均琪5959式式100100高炮的观瞄系统高炮的观瞄系统以色列夜光目标捕获系统，装有前视红外仪、激光测距机激光测距机激光测距机ARH武装侦察直升机机头下的“布里特斯塔尔”前视红外系统PL-9C空空导弹美军正在研制的“天基红外系统”导弹预警卫星天龙10A空射反舰导弹潜铤潜铤光光电电桅桅杆杆美英新光学系统美英新光学系统“LuckyLucky”拍下最清晰太空照片拍下最清晰太空照片 胜过哈勃胜过哈勃(2007-11-10)“猫眼猫眼”星云星云(NGC6543)(NGC6543)外观外观 球状星团球状星团M13M13距离地球2.5万光年；这幅照片中，我们可以对M13中最小相距1光天的恒星加以区分。哈勃哈勃LuckyLucky世界上最大最昂贵的退役飞机基地谷歌地球拍下的卫星照，曝光了美国的后备舰队2010-2-24基基本本光光学学元元件件非非球球面面光光学学元元件件二二元元光光学学元元件件 第一章第一章 绪绪 论论n光学零件，是指完成特定光学性能的元光学零件，是指完成特定光学性能的元件；技术是指利用一定的手段和措施去件；技术是指利用一定的手段和措施去加工这些元件的方法。加工这些元件的方法。n现代光学加工技术是以光学元件为对象现代光学加工技术是以光学元件为对象的制造技术。现代光学技术是光学发展的制造技术。现代光学技术是光学发展的新阶段。的新阶段。光学零件的加工方法光学零件的加工方法n n热加工热加工目前多应用于光学零件的坯料目前多应用于光学零件的坯料备制。备制。n n冷加工冷加工是以散粒磨料或固着磨料进行是以散粒磨料或固着磨料进行锯切、粗磨、精磨、抛光和定心磨边。锯切、粗磨、精磨、抛光和定心磨边。n n特种加工特种加工仅改变抛光表面的性能，而仅改变抛光表面的性能，而不改变光学不改变光学零件的形状和尺寸，它包零件的形状和尺寸，它包括括镀膜、膜、刻度、照相和胶合等。刻度、照相和胶合等。一、经典光学时期（一、经典光学时期（2020世纪世纪5050年代前）年代前）n1、特点特点n接收器接收器n处理与人眼有关的光学技术处理与人眼有关的光学技术n理论基础理论基础n几何光学，应用了一些干涉原理几何光学，应用了一些干涉原理n波段范围波段范围n可见光可见光n光传播媒介光传播媒介n自然物质、水、空气自然物质、水、空气n光学材料光学材料n主要为玻璃主要为玻璃n2、代表产品、代表产品n望远镜望远镜n显微镜显微镜n照相机照相机n观察瞄准仪观察瞄准仪n光学测量仪光学测量仪n光学测距机光学测距机二、现代光学时期（二、现代光学时期（2020世纪世纪5050年代后）年代后）n1、现代光学概念、现代光学概念n指与电子学、精密机械学、计算机技术指与电子学、精密机械学、计算机技术相结合的光学技术相结合的光学技术n2、现代光学技术的物质基础、现代光学技术的物质基础n光源光源n激光器（激光器（50、60年代）年代）n发光器件发光器件LEDn碳纳米管碳纳米管n传播媒介传播媒介n光纤光纤n光电传感器光电传感器n光电管、光电倍增管、光电二极管、光电晶体管、太阳能光电管、光电倍增管、光电二极管、光电晶体管、太阳能电池、光敏电阻、电池、光敏电阻、CCD、CMOS、图象传感器、图象传感器3 3、现代光学技术的特点、现代光学技术的特点n接收器接收器n与光电探测器件紧密结合、与电子技术紧密相连与光电探测器件紧密结合、与电子技术紧密相连n理论基础理论基础n几乎应用光的所有特性几乎应用光的所有特性n波段范围波段范围n几纳米到几纳米到10001000微米微米n系统结构系统结构n高度集成化高度集成化n光学材料光学材料n品种繁多品种繁多三、现代光学时期的主要领域三、现代光学时期的主要领域n光信息技术光信息技术n光电技术光电技术n光学应用技术光学应用技术n工程光学技术工程光学技术四、现代光学加工的内容四、现代光学加工的内容n内涵内涵n广义上指各种现代光学产品的制造；狭义上指应用于广义上指各种现代光学产品的制造；狭义上指应用于现代光学产品中光学元件的制造及光学系统的装配及现代光学产品中光学元件的制造及光学系统的装配及校正校正n内容内容n基本光学元件的制造技术基本光学元件的制造技术n非球面光学零件的数控加工技术非球面光学零件的数控加工技术n光学零件的精密模压成型技术光学零件的精密模压成型技术n超光滑表面加工技术超光滑表面加工技术n全息工艺技术全息工艺技术n梯度折射率光学元件制造技术梯度折射率光学元件制造技术n光波导器件制造技术光波导器件制造技术n特征特征n多学科交叉多学科交叉n精密化和超精密化精密化和超精密化n确定性加工确定性加工五、现代光电仪器的特点五、现代光电仪器的特点n总体设计一体化总体设计一体化n使用操作智能化使用操作智能化n信息获取实时化信息获取实时化n观测性能精确化观测性能精确化n记录功能整合化记录功能整合化n显示图像数字化显示图像数字化n系统控制远程化系统控制远程化光电仪器及器件的发展趋势光电仪器及器件的发展趋势n工作波长向短波进一步拓展；工作波长向短波进一步拓展；n探测器的性能进一步提高；探测器的性能进一步提高；n数字化程度进一步提高；数字化程度进一步提高；n小型化、集成化的进程越来越明显；小型化、集成化的进程越来越明显；n材料多样化、功能化；材料多样化、功能化；n新产品开发周期进一步缩短。新产品开发周期进一步缩短。六、制造方式六、制造方式制造制造方方式式最低数最低数量量/（件（件/年）年）大量大量制制造造 50000批批量量制制造造大大批批 10000中中批批 5000小小批批 500单件件制制造造 1七、光学制造的特点七、光学制造的特点 n加工精度高加工精度高 n被加工表面的表面粗糙度要求高被加工表面的表面粗糙度要求高 n被加工材料硬而脆被加工材料硬而脆 n以铣磨和抛光为主要的加工方法以铣磨和抛光为主要的加工方法 n对制造环境洁净度要求高对制造环境洁净度要求高n制造过程中使用辅料种类很多制造过程中使用辅料种类很多 八、现代光学加工的内涵和构架八、现代光学加工的内涵和构架n本课程的内涵本课程的内涵n现代光学加工是研究如何采用多、快、好、现代光学加工是研究如何采用多、快、好、省的技术手段和工艺措施去改变光学材料的省的技术手段和工艺措施去改变光学材料的形状、尺寸、表面质量和表面性质，从而制形状、尺寸、表面质量和表面性质，从而制造出所需要光学零件的一门科学。造出所需要光学零件的一门科学。本课程的构架本课程的构架现代光学加工技术光学材料及辅料光学零件制造工艺特种光学零件加工光学零件特种加工毛坯成型光学零件的粗磨光学零件的精磨光学零件的抛光透镜的定心磨边光学玻璃、微晶玻璃、光学晶体、光学塑料非球面、二元元件、晶体、塑料胶合、镀膜、刻度、照相光学加工辅料九、我国光学零件加工的发展历程九、我国光学零件加工的发展历程n光的直线传播和小孔成像，凹面镜和凸面镜的成像（前光的直线传播和小孔成像，凹面镜和凸面镜的成像（前480-420，墨经）；，墨经）；n周代采用铜锡各半的合金制造凹面镜取火（考工记）；周代采用铜锡各半的合金制造凹面镜取火（考工记）；n原始玻璃的熔炼技术（东汉，论衡）；原始玻璃的熔炼技术（东汉，论衡）；n对凹面镜和凸面镜焦点的详细记载（宋代，梦溪笔谈）；对凹面镜和凸面镜焦点的详细记载（宋代，梦溪笔谈）；n新中国后建立了许多光学工厂、研究所、高等院校开设光学新中国后建立了许多光学工厂、研究所、高等院校开设光学专业；专业；n光学玻璃朝向提高质量和扩大品种方向发展；光学玻璃朝向提高质量和扩大品种方向发展；n光学工艺朝向毛坯型料化、粗磨机械化、精磨抛光高速化、光学工艺朝向毛坯型料化、粗磨机械化、精磨抛光高速化、定心磨边自动化和光学加工流水线等方向发展；定心磨边自动化和光学加工流水线等方向发展；n光学零件特种工艺正朝向精密、高级、大型方向发展。光学零件特种工艺正朝向精密、高级、大型方向发展。十、学习本课程的方法十、学习本课程的方法n紧密联系生产实际；紧密联系生产实际；n密切与相关课程结合。密切与相关课程结合。