大中型光学非球面镜制造与测量新技术 [New Technology for Manufacturing and Measurement of large and Middle-scale aspheric Surfaces] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李圣怡 等 著

图书标签:

• 光学非球面
• 镜面制造
• 镜面测量
• 精密光学
• 光学工程
• 大口径光学
• 先进制造
• 检测技术
• 光学加工
• 表面形貌

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118072372

版次：1

商品编码：10826457

包装：精装

外文名称：New Technology for Manufacturing and Measurement of large and Middle-scale aspheric Surfaces

开本：16开

出版时间：2011-08-01##

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内容简介

《大中型光学非球面镜制造与测量新技术》共分上、下两篇，上篇为制造技术篇、下篇为测量技术篇。《大中型光学非球面镜制造与测量新技术》重点介绍了作者科研团队在国家重大基础研究项目支持下，对大中型光学非球镜制造与测量新方法的研究成果。

内页插图

目录

上篇 制造技术
第一章 现代非球面光学研抛技术基础
1.1 光学非球面的优点及应用
1.1.1 光学非球面的优点
1.1.2 非球面光学零件在军用装备的应用
1.1.3 非球面光学零件在民用装备的应用
1.2 光学非球镜制造的特点
1.2.1 现代光学系统对非球面光学零件的要求
1.2.2 非球面光学零件的加工分析
1.3 超光滑表面制造技术
1.3.1 超光滑表面及应用
1.3.2 超光滑表面制造技术概述
1.3.3 基于机械微切削原理的超光滑表面制造技术
1.3.4 传统游离磨料抛光的超光滑表面制造技术
1.3.5 非接触超光滑抛光原理和方法
1.3.6 非接触化学机械抛光方法（CMP）
1.3.7 磁场效应辅助加工技术
1.3.8 粒子流加工技术
1.4 先进非球面光学研抛技术
1.4.1 非球面光学零件的经典研抛方法
1.4.2 非球面光学零件的现代数控研抛方法
1.4.3 非球面光学零件的可控柔体研抛技术
参考文献
第二章 非球面光学研抛技术的基础理论
2.1 光学机械研抛技术的Preston方程及其应用
2.2 非球面加工的确定性成形原理
2.3 非球面加工的成形过程理论分析
2.3.1 非球面加工的成形过程双级数模型
2.3.2 去除函数尺寸大小对加工的影响
2.3.3 去除函数扰动影响
2.3.4 定位误差影响
2.3.5 离散间隔影响
2.4 全口径线性扫描方式面形修正理论
2.4.1 基于Bayesian的迭代算法
2.4.2 脉冲迭代方法
2.4.3 截断奇异值分解法
2.5 极轴扫描方式面形修正技术
2.5.1 去除函数具有（近似）回转对称特性
2.5.2 去除函数不具有回转对称特性
2.6 成形的频域分析
2.6.1 一般成形条件下的频谱特征
2.6.2 回转对称型去除函数的修形能力
2.7 熵最大研抛原理
2.7.1 研抛熵原理表述
2.7.2 最大熵原理在定偏心平面研抛中应用的实例
2.7.3 基于最大熵原理的双转子小工具加工工艺参数的选择的实例
2.7.4 基于熵增原理抑制磁流变修形中、高频误差的实例
参考文献
附录A 两维Hermite级数
附录B 两维Fouier级数
附录C 驻留时间双级数模型求解
……
下篇 测量技术

前言/序言

光学精密制造的边界拓展：传统与前沿技术深度剖析 导言：技术演进的必然趋势 在信息技术飞速发展的今天，对光学系统的精度、效率和功能性的要求达到了前所未有的高度。从高分辨率的星载遥感设备到超精密的光刻机，再到日益普及的增强现实（AR）与虚拟现实（VR）设备，光学元件的性能直接决定了整个系统的上限。然而，传统的光学加工方法，在面对日益复杂的光学元件（如高数值孔径（NA）物镜、自由曲面光学系统以及需要极高表面质量的大口径镜面）时，正面临着严峻的挑战。 本书旨在系统梳理并深入探讨当前光学精密制造领域中，那些尚未被标准化或尚未完全成熟的前沿技术。我们将聚焦于那些能够突破现有加工极限、提高生产效率、并实现复杂曲面精确控制的创新路径。内容将侧重于超精密磨抛工艺的机理研究、新型非球面加工方法的创新应用，以及面向复杂光学系统的测量与评价体系的构建。 --- 第一部分：超精密加工的底层逻辑与材料科学 1. 磨削与抛光界面的微观动力学 现代光学加工的瓶颈往往在于磨粒与被加工材料之间相互作用的微观层面。本部分将摒弃宏观的加工参数经验总结，转而深入研究磨粒的几何形状、排屑机制、冷却液的润滑效应在纳米尺度上的表现。 磨粒-工件接触模型重构： 基于有限元分析（FEA）和分子动力学模拟（MD），建立高粘度化学机械抛光（CMP）过程中，磨粒-氧化物层-基底材料之间的多相接触模型。重点分析在不同载荷下，材料去除的“犁沟效应”与“化学溶解”的竞争关系，尤其针对高硬度、低韧性材料（如氮化硅、特定陶瓷材料）的加工机制。 流体动力学在去除函数中的作用： 详细探讨抛光液的流变特性如何影响磨粒在工件表面的分布均匀性与磨削力的大小。引入“局部流场剪切应力”的概念，用以优化抛光头的设计，以期在工件的边缘和中心区域实现一致的去除速率。 2. 新型功能性基底材料的加工特性 随着系统集成度的提高，光学元件开始更多地采用新型功能材料，如玻璃陶瓷、梯度功能材料（GRIN）以及先进复合材料。这些材料的各向异性、热膨胀系数的差异性，对传统加工工艺提出了根本性的挑战。 非晶态与晶态转变控制： 研究在激光辅助或等离子体辅助加工过程中，材料表层发生的亚表面损伤与晶格重构。精确控制能量输入，避免在高精度表面上引入残余应力场，特别是对于需要进行后续镀膜或真空装配的元件。 复合材料的界面分离问题： 针对金属基或聚合物基光学元件，分析磨削过程中纤维与基体材料的分离倾向。提出适用于纤维增强复合材料的“分层磨削策略”，通过调整振动频率和磨粒尺寸，最大化保持界面结合强度，同时达到所需的表面粗糙度（RMS）。 --- 第二部分：复杂曲面与精密光学元件的特种加工技术 本部分集中讨论那些超越传统沥青抛光或标准磁流抛光范畴的、用于实现复杂自由曲面和微结构制造的前沿技术。 3. 离子束与等离子体刻蚀的精确控制 离子束加工技术（如离子束抛光 IBSP）因其高去除效率和低引入应力的特点，成为复杂非球面和微纳结构加工的有力工具。然而，其挑战在于加工的“晕圈效应”（Ripple Effect）和深孔的侧壁垂直度控制。 动态束斑整形与轨迹优化： 深入分析二维或三维（2D/3D）离子束的能量分布函数。提出基于实时反馈的离子束电压和电流动态调制算法，结合反向传播算法，精确补偿离子束在扫描过程中产生的能量衰减与偏离，以期实现优于 $lambda/50$ RMS 的全局面形精度。 等离子体化学辅助加工（Plasma-Assisted Chemical Etching, PACE）： 研究在惰性气体等离子体激发下，引入特定活性气体（如氟化物或氯化物）对材料表面进行选择性化学刻蚀。重点阐述如何通过控制等离子体密度的波动，实现对材料去除量的亚纳米级控制，尤其适用于硬脆材料的快速去除。 4. 模具制造与高精度复制技术 对于大批量生产的非球面透镜阵列或微透镜，模具的精度直接决定了最终产品的性能。本部分关注模具制造的极限突破和高保真复制技术。 电铸镍（Ni-P）模具的内应力管理： 详细介绍电沉积过程中电流密度、温度场与添加剂浓度对镍层晶体结构和残余应力的影响。提出通过脉冲电镀技术（Pulse Electroforming）来“拉伸”或“压缩”应力层，从而制造出面形精度达到亚波长级别的模具母版。 高分子材料的精密热压印（Hot Embossing）： 探讨用于塑料光学元件制造的热压印过程。分析聚合物的粘弹性行为、模具与基底之间的润湿性对微结构保真度的影响。提出利用超声波辅助加热或局部激光辅助加热，以降低成型温度和缩短成型周期，同时避免材料的分子链松弛导致的几何尺寸偏差。 --- 第三部分：面向复杂光学的实时计量与误差补偿 再先进的加工技术，也必须依赖于高精度的在位测量和实时反馈系统才能发挥效能。本部分关注测量技术的革新，以适应加工过程的快速、动态变化。 5. 亚表面损伤（Subsurface Damage, SSD）的无损检测 加工过程中引入的纳米级裂纹和位错是光学元件可靠性的隐形杀手。本书将探讨如何实时或近实时地检测和量化这些内部缺陷。 共聚焦拉曼散射光谱（Confocal Raman Spectroscopy）： 利用拉曼散射信号对材料晶格振动模式的敏感性，构建晶格畸变与SSD深度的关联模型。研究如何将高斯光束的焦深与离子束的去除深度同步，实现三维空间上的缺陷成像。 超声波/光声耦合的SSD评估： 探讨利用高频超声波在材料内部产生的微小应力波与表面反射光信号的耦合效应，评估SSD的有效深度。该方法旨在提供一种比传统破坏性分析更快速、更具空间分辨率的在线监测手段。 6. 基于多传感器融合的加工误差实时补偿 现代加工设备（如数控磨床或柔性抛光机）的精度不再仅仅依赖于机械部件的刚性，而更多地依赖于复杂的数字控制系统。 环境因素的动态建模与解耦： 详细分析温度漂移、机械振动、气压波动等环境因素对主轴定位精度和刀具摆频的影响。建立包含环境变量的多变量状态空间模型（State-Space Model），实现对误差源的实时解耦和预测性补偿，而不是被动的误差校正。 加工轨迹的自适应优化： 针对自由曲面的加工，引入机器学习算法（如深度强化学习DQN）来优化刀具路径。系统根据前一个加工段的测量结果（例如，残余的波前误差分布图），实时调整后续扫描的步进量、压力和速度，将优化过程内嵌到加工循环中，实现“边加工、边修正”的闭环控制。 --- 结语：面向下一代光学系统的制造范式 本书所探讨的这些技术，共同指向一个目标：突破现有光学系统性能的物理限制。我们不再满足于优化已知的加工流程，而是致力于从材料学基础、加工机理、实时控制和质量评价的每一个环节进行颠覆性的创新。这些前沿技术的掌握与应用，是支撑未来超高分辨率成像、高功率激光系统以及量子计算所需精密光学元件制造能力的基石。掌握这些技术，意味着在精密光学制造领域构建起新的技术壁垒。

评分☆☆☆☆☆

听到这个书名，我的第一反应是这本书可能涵盖了从设计理念到实际生产的全过程。我猜想书中会从非球面镜的光学设计理论出发，阐述不同非球面方程的优缺点以及它们在不同光学系统中的适用性。随后，我期望书中能够详细介绍各种先进的制造工艺，比如基于纳米压印、飞秒激光加工，甚至是3D打印技术在非球面镜制造中的潜力。而在测量方面，我希望能看到关于如何利用计算机断层扫描（CT）技术来检测非球面镜内部结构，以及如何利用三维光学扫描仪来获取镜面的高密度点云数据，并进行精确的面形拟合和分析。总而言之，我对这本书在涵盖现代非球面镜制造与测量领域最前沿技术方面寄予厚望。

评分☆☆☆☆☆

从书名来看，我预料这本书会是一本非常技术性的专著，可能会包含大量的公式、图表和专业术语，适合光学工程、精密制造领域的专业人士阅读。我期待能够从中学习到如何使用各种先进的软件工具来设计和仿真非球面镜的加工过程，例如有限元分析在预测和优化加工过程中的作用。我也好奇书中是否会介绍一些在实际生产中遇到的典型问题及其解决方案，比如如何处理镜面表面出现的划痕、麻点等缺陷，以及如何进行有效的质量控制和验收。如果书中能够提供一些具体的工程案例，分析不同类型非球面镜的制造难点和测量方法，那就更具参考价值了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就非常硬核，作为一个对光学技术略有涉猎的读者，我本以为会看到一些关于精密加工、超精密磨削、抛光工艺的深入探讨，或许还有关于各种检测设备原理和应用案例的详细介绍。我期待着能了解到如何在高精度要求下，有效地制造出复杂的大中型非球面镜，以及这些镜片在现代光学系统中的重要作用。例如，我曾听说非球面镜在高端相机镜头、天文望远镜、激光系统等领域有着不可替代的地位，其制造难度和测量精度都远超普通球面镜。因此，我设想这本书会详细解析不同材料的加工特性，不同类型非球面的设计挑战，以及如何利用先进的纳米技术、等离子体抛光等方法来达到纳米级的表面精度。

评分☆☆☆☆☆

看到“大中型光学非球面镜制造与测量新技术”这个书名，我的脑海里immediately联想到的是宇宙探索和高能物理领域。我期待书中能够深入讲解非球面镜在大型空间望远镜（如詹姆斯·韦伯太空望远镜）中的应用，以及如何克服太空极端环境对镜片制造和测量的挑战。我设想书中会披露一些前沿的材料科学进展，比如用于制造大口径非球面镜的新型玻璃或陶瓷材料，以及这些材料在加工过程中表现出的特殊性质。同时，我也对书中关于测量新技术的部分充满好奇，特别是如何应对大尺寸镜面的形变和应力问题，以及如何实现对这类镜面进行大范围、高精度的形貌扫描和面形检测。

评分☆☆☆☆☆

读到这本书的题目，我首先想到的是那些令人惊叹的科学仪器和前沿技术。我对书中可能会涉及的先进测量技术产生了浓厚的兴趣，比如那些能够以亚纳米精度检测镜面形状的白光干涉仪、原子力显微镜，或是能够实时反馈并修正加工误差的在线监测系统。我猜想书中还会介绍一些最新的光学测量方法，比如利用三维扫描和数字建模来评估镜面质量，以及如何处理因温度、振动等环境因素引起的测量误差。更进一步，我希望能够了解这些测量技术是如何与制造过程相结合，形成一个闭环系统，从而实现高效、高精度的非球面镜生产。毕竟，精确的测量是制造出合格产品的基石，尤其是在光学领域，丝毫的偏差都可能导致整个系统的性能大打折扣。

评分☆☆☆☆☆

该书比较详细的描述了目前**型光学非球面镜制造与测量的新技术，并将国防科技大学在该领域的研究成果系统地分享给读者，是一本很好的学习与研究用参考书。

评分☆☆☆☆☆

比较系统的一本书，很有借鉴意义

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

很不错，正是需要的内容

评分☆☆☆☆☆

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