近期，中國科學院上海（hǎi）光學精密機械研究所精密光學製造與檢測（cè）中心研究團隊（duì）在光學元件表麵（miàn）中頻誤（wù）差創成機製（zhì）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（cè）加工導致的中（zhōng）頻誤差幅（fú）值和形貌分布。相關成果於3月13日發表在[Optics Express, 28, 8959-8973 (2020)]。
超精密（mì）加工技術是高功（gōng）率激（jī）光、空間探測（cè）、對地（dì）偵查、納米光刻等領域的核心（xīn）技術之一，是衡量一個國家高科技發展水平及潛力的重要標誌。以計算機控製光學表麵成形技術(CCOS)為代表的數字化（huà）子孔徑光學加工製造技術極大提高了光學元件（jiàn）加工的效率，然而CCOS技術不可避免地會造成“碎帶”誤差——中頻麵形誤差（chà），光學元件表麵（miàn）的中頻麵形（xíng）誤差是現代光（guāng）學工程（chéng）進一步發展的阻力。對於高功率激光係統來說，中頻誤差會（huì）導致（zhì）焦斑拖尾和近場調製（zhì），損壞（huài）光學元件（jiàn）。成像係統中，中頻誤差會引起小角度散射，降低光束（shù）質量和成像對比度。數（shù）字化子孔徑拋光技中頻誤（wù）差表征（zhēng）與抑（yì）製一直（zhí）是國際光學加工領域研究的痛點和熱點問題，目前研究人員仍（réng）未掌握中頻誤差的創成規律，該（gāi）類誤差隻能等待加工後測量獲得，美國勞倫斯利佛摩爾國家（jiā）實驗室（LLNL）研究國家點火裝置（NIF）的過程中提出（chū）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（chū）光學（xué）元（yuán）件表麵中（zhōng）頻誤差的PSD曲線，然後（hòu）將其與特征PSD曲線比較，當光（guāng）學元件表麵中頻誤差的PSD曲線在特征曲線之（zhī）上則為不合格，PSD曲線（xiàn）能夠準確測出（chū）不合格（gé）的頻（pín）段，但卻無法定位不合格頻（pín）段在元件表麵的區域，從而不能確定性加工。
由於（yú）不能實現（xiàn）加工前的定量預測，嚴重阻礙了光學加工向智能化、確定化、高（gāo）效化發（fā）展。針對該問題，研究人員提出了分段路徑（jìng）卷積模型和光順理論，成功定量預測加工導致的中（zhōng）頻誤（wù）差幅值和形貌分布（bù）。分（fèn）段路徑卷積模型從數學上證明了路（lù）徑類型、去除函數以及控製誤差對中頻誤差的（de）影響耦合機製，光順理論實現了定量預（yù）測（cè）中頻誤差在任（rèn）何類型的多（duō）層拋光工具（jù）加工下的演（yǎn）化過程。基於以上模（mó）型，研究人員（yuán）定義了工具截止（zhǐ）頻率和螺（luó）線步距約束判據，實現了加工中路徑步距及形貌、工具運動模式及（jí）材料選擇、進（jìn）給速率範圍及機械跳動等參數的全方位智能化選擇方（fāng）案。判據的提出對於（yú）中頻誤差（chà）的控製至關重要。實驗進一步證明了理論模型的有效性，拋光後測量得到的中頻誤差與仿真結果吻合良好（hǎo）。
該項研究成果極大提高了光學加（jiā）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均可（kě）被定量預測。此外，參數約束判據的提（tí）出對於現有人工經驗性參數選擇模式有著顛覆性指導意（yì）義，為未來智能光學製造的發展奠定了理論和（hé）實驗基（jī）礎。
相關工作得到國家重大專項、中科院科研（yán）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（yuàn）青年創新促進會優秀會員項（xiàng）目等（děng）的支持。
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