光學產品其實在我們的生活中很常見，簡單到比如我們佩戴的眼鏡、相機鏡頭、安防攝像頭等小口徑應用，再到遙感成像衛(wèi)星的光學鏡頭、天文望遠鏡（哈勃、韋伯）鏡面、大型光學望遠鏡、武器光電吊艙鏡頭等大口徑領域。我們在不斷豐富著產品、拓展產品的應用領域，技術的突破使得我們不斷挑戰(zhàn)工藝的極限，滿足更苛刻、更嚴格的應用場景，市場的需求又在不斷促進著人們不停地迭代更新技術創(chuàng)造出越來越多不可思議的產品。
那么今天我們就來簡單聊一聊關于光學加工的知識，一個不起眼的原材料是如何變成我們手中各式各樣的產品和設備，這其中又是怎樣的一個過程。
精密光學加工的工藝流程：一個材料是如何變成光學成品的？
首先我們從下面的圖來直觀地看看原材料如何一步步地將其變成光學元組件產品。
光學加工工藝主要包括毛坯成型、粗磨、精磨、拋光、磨邊、鍍膜、膠合等工藝環(huán)節(jié)。
光學的原材料：
光學玻璃：包括有色光學玻璃、激光玻璃、石英光學玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學玻璃、纖維光學玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。
光學晶體：
鹵化物單晶：氟化物單晶，溴、氯、碘的化合物單晶，鉈的鹵化物單晶。
氧化物單晶：藍寶石（Al2O3）、水晶（SiO2）、氧化鎂(MgO）和金紅石（TiO2），與鹵化物單晶相比，其熔點高、化學穩(wěn)定性好，在可見和近紅外光譜區(qū)透過性能良好。用于制造從紫外到紅外光譜區(qū)的各種光學元件。
半導體晶體：單質晶體（如鍺單晶、硅單晶），Ⅱ-Ⅵ族半導體單晶，Ⅲ-Ⅴ族半導體單晶和金剛石。金剛石是光譜透過波段最長的晶體，可延長到遠紅外區(qū)，并具有較高的熔點、高硬度、優(yōu)良的物理性能和化學穩(wěn)定性。半導體單晶可用作紅外窗口材料、紅外濾光片及其他光學元件。
光學塑料：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、苯乙烯丙烯腈?？s寫成AS與SAN、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（MS）、聚4-甲基-1-戊烯，簡稱TPX，商品名為TPX、透明聚酰胺。
毛坯成型：
從最原始的礦石或經過化學反應制成的原材料在進入正式的加工之前需要對其進行初步處理，把這些材料加工成我們后續(xù)加工需要的雛形，叫做毛坯成型工藝。毛坯是光學零件的初型，有塊料毛坯（小批量用）、型料毛坯（大批量）、棒料毛坯。
玻璃塊料毛坯成型：
是用玻璃塊加工而成的毛坯。在毛坯成型工藝環(huán)節(jié)下面還有多個工藝，主要加工工序有：鋸切、整平、劃割、滾圓、開球面。
鋸切：玻璃的光學材料毛坯加工主要采用金剛石鋸料機器。按照進給機的特點可以分為重錘進給、絲杠進給和液壓進給三種。
整平：將鋸切過后的坯料不平整的表面磨平，并修磨厚度和兩面的平行度、修磨角度等處理，有散粒磨料研磨和金剛石磨輪銑磨兩種。
劃割：將需要利用到的毛坯料進行切割，去除多余的部分。常采用金剛石玻璃刀（或滾刀）進行劃割加工。
滾圓：圓形零件的毛坯，整平之后變成長條進行磨外圓，稱作滾圓。常用的方法有：在平磨盤上用散粒磨料滾圓；在外圓磨床上用砂輪磨外圓。
開球面：透鏡的毛坯的開球面，是將滾圓后的毛坯磨成球面，時期達到零件粗磨完工后的曲率半徑和中心厚度的要求，所以開球面可以成為一種粗磨。主要有兩種方法：散粒磨料研磨法和金剛石磨輪銑磨。
塑料毛坯成型：
光學玻璃零件的型料毛坯加工方法有：熱壓成型、澆鑄成型等多種方法。熱壓成型毛坯的主要工藝過程包括：備料、加熱、壓制成型、退火。
棒料毛坯成型：
用棒料生產毛坯的一般工藝過程為：切割、開球面。
粗磨：
將塊料或型料毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工序。粗磨的方式有散粒磨料加工法、固著磨料加工法。
散粒磨料加工：用金剛砂和水攪拌而成的磨料在磨盤對玻璃工件進行的粗加工。根據球磨的形狀可以分為磨凸面零件用凹球磨和磨凹面零件用凸球磨。這種加工方法下粗磨球面一般要用從粗到細三道磨料加工。第一道磨粒度的選擇要根據加工工件的弧高大小確定：單件弧高大于1mm時，第一道磨料粒度粗于180#；單件弧高在0.4～1mm時，選用180＃磨料；單件弧高小于0.4mm時，選用240#或280#磨料。第二道、第三道粗磨磨料力度選擇比第一道磨料粒度要依次減小1、2個粒度號。粗磨完后表面粗糙度要求達1.6μm，相當于W40或W28磨料加工的表面。
固著磨料加工：尖硬的磨料顆粒對玻璃表面的機械破碎去除過程，水解作用是次要的
球面粗磨：對于球面的粗磨通常會采用洗削加工，又稱為范成法加工，利用磨輪刃口軌跡包絡面成型球面的方法。是一種固著磨料加工方法。
精磨：
減小零件表面的凹凸層深度，并提高其均勻性；進一步改善零件表面的面形精度及有關尺寸精度，以滿足拋光對零件表面結構和形狀的要求。
精磨一般用兩道砂，即用兩種粒度不同的磨料。若第一道砂的磨料粒度為W28，第二道砂的磨料粒度則為W14。有些特殊零件需要三道或四道砂，磨料粒度可選用W28、W14、W10、W7等。
拋光：
拋光是對光學元組件精度影響最大的一個環(huán)節(jié)，或者說，光學元組件精度的提高拋光占了絕對重要的位置。因為拋光是光學元組件表面加工處理最后且是最重要的一道工序。
拋光的目的主要有兩個：去除精磨的破壞層，達到規(guī)定的表面疵病等級要求；精修面形，達到圖紙要求的光圈和局部光圈數，形成光滑透明的表面；
從其重要程度來看，直接影響元組件的精度，其中涉及到許多關鍵、核心的技術，所以這部分的工作基本掌握在廠商自己的手中完成，質量可控。因此我們會在后面的部分單獨對拋光進行介紹。
磨邊（定心磨邊）：
對邊緣形狀有特殊要求或者邊緣部分在使用范圍內的鏡片需要進行磨邊的處理，將定心后的透鏡進行對稱的磨外圓。
超聲波清洗：
對光學元組件經過表面的加工之后進行清洗，以便于后續(xù)的工藝。
鍍膜：
超精密光學器件制造涉及的重要技術之一就是表面鍍膜技術，光學元組件的分光光譜特性是依靠光學薄膜的偏振分光、減反射、光譜波長準確定位等特性實現。
精密光學元組件對光學薄膜的光譜控制能力和精度要求高，光學薄膜設計日益復雜，高性能要求的光學薄膜的膜層數已經多達100層以上，存在厚度只有幾個納米的超薄層。穩(wěn)定的鍍膜工藝和監(jiān)測技術是確保高質量光學薄膜的關鍵因素。
因此這部分工藝還是保持在光學廠商自己的手中完成，和拋光一起共同成為整個光學加工環(huán)節(jié)中最重要的兩個環(huán)節(jié)。
膠合：
光學鏡頭的膠合工藝是指兩個或兩個以上的透鏡、平面鏡，彼此吻合的光學表面用光學膠或光膠的方法，按照一定技術要求黏結成為光學部件的工藝。目的在于改善像質；減少反射光能損失；簡化復雜零件的加工；保護刻劃面。
方法：樹脂膠合法、光膠法；機械膠合法。
裝配：
將制好的光學元組件安裝在特定的機械配件上面（如有需要）。
隨后就是包裝入袋和成品入庫，這里不做過多介紹。
總結：
上面介紹的是一個相對通用的工藝流程，有的光學組件并不需要具備全部的流程，比如單層透鏡、單層的光學元組件就無需要考慮膠合的工藝。針對不同的應用場景，不同的產品對應的具體的工藝有細微的差別，其中涉及到的加工技術也有所不同。
在整個加工工藝過程中一些比較簡單或者對加工精度要求不高的環(huán)節(jié)，廠商通常會選擇外協(xié)加工。比如冷加工光學器件工藝流程中的光學鏡片毛坯切割、打孔等簡單加工工序；中低難度鍍膜主要包括常規(guī)要求的增透膜、普通能量分光膜、一般窄帶濾光膜等工序，對鍍膜設備及工藝要求不高。
對于其中影響元器件加工的重要環(huán)節(jié)：拋光（高精度平面、球面、非球面、柱面拋光等）和鍍膜（高精度、高性能鍍膜），光學廠商一般都會自投設備，便于掌握品控。
影響加工精度和產品性能的重要環(huán)節(jié)之一：拋光
在上一節(jié)中我們介紹到了拋光的作用，利用高精度的拋光設備對光學元組件的表面進行精細化的處理，去除其表面瑕疵，使表面保持光滑。
傳統(tǒng)加工光學元件的設備主要有單軸機、多軸機、平球面機以及分離器等，這些傳統(tǒng)的加工方法主要依賴光學加工者的經驗，存在加工效率低、加工周期長和質量不穩(wěn)定等缺點，很難把光學元件加工到高精度。
隨著計算機技術的發(fā)展，計算機控制光學表面成型技術（Computer Controlled Optical Surfacing，CCOS，一般采用小磨頭拋光工具）逐步進入工業(yè)應用。
隨后在CCOS技術的基礎上發(fā)展出了一些其它拋光方法，如應力盤拋光、氣囊拋光、磁流變拋光和離子束加工方法。
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在這些方法中，離子束拋光具有最高加工精度，是目前光學元件精密加工面形提升的最后工序，可以說離子束加工的精度決定了光學元件加工的最高精度，離子束加工已經廣泛的應用于光學加工領域，其高精度、高效率的特性特別是在大口徑的光學元件加工方面具有很強的優(yōu)勢。
