[发明专利]一种大口径光学元件的离子束加工装置及方法

权利要求书

1.一种大口径光学元件的离子束加工装置，其特征在于包括主真空舱（101）、副真空舱（110）、气动真空门（106）、数控三坐标位移台（105）、离子源（103）、被加工件夹持机构（116）、试验样品夹持机构（109）、试验样品传送机构（113）；主真空舱（101）存在一个主真空舱门（102），用做被加工件（105）放入和取出主真空舱（101）的通道；主真空舱（101）存在一个进气孔（104）用于往主真空舱（101）内注入气体，存在一个抽气孔（114）用于从主真空舱（101）内抽取气体；副真空舱（110）在主真空舱（101）内的位置必须满足在被加工件（105）夹持好后并不会遮拦副真空舱（110）；被加工件（105）和试验样品（112）可以同时被夹持于主真空舱（101）内，并均可以被离子源（103）轰击；气动真空门（106）竖直安装于主真空舱（101）与副真空舱（110）之间，其门插板（120）能上下移动，以控制真空门（106）关闭与开启；气动真空门（106）关闭时，主真空舱（101）和副真空舱（110）隔开，可分别形成两个独立的真空环境；气动真空门（106）打开时，主真空舱（101）和副真空舱（110）连通，形成一个连通的空间。

2.根据权利1所述的大口径光学元件的离子束加工装置，其特征在于：副真空舱（110）存在一个副真空舱门（107），用做试验样品（112）放入和取出副真空舱（110）的通道；副真空舱（110）存在一个进气孔（108）用于往副真空舱（110）内注入气体，存在一个抽气孔（111）用于从副真空舱（110）内抽出气体；副真空舱（110）具有尽可能小的体积，只要能容纳试验样品（112）及相关夹持机构（109）和传送机构（113）即可。

3.一种大口径光学元件的离子束加工方法，其特征在于包括如下的步骤：

步骤1，检测面形误差：检测被加工件（105）的面形，与期望面形比较，计算出被加工件（105）的面形误差，也称为期望材料移除量；

步骤2，对光学元件表面期望材料移除量划分子块；

步骤3，放入被加工件：将被加工件（105）夹持于工件夹持机构（116）上，关闭主真空舱门（102）和副真空舱门（107）；

步骤4，抽真空并开启离子源（103）：抽真空至离子源（103）的工作压强，将离子源（103）移动至安全位置后，开启离子源（103）并预热；其中，安全位置是指离子源（103）开启后，其离子束不会轰击到被加工件（105）和试验样品（112）的位置；

步骤5，测定当前离子源（103）的去除函数：待离子源（103）稳定后，使用试验样品传送机构（113）将试验样品（112）移动至副真空舱（110）内，关闭气动真空门（106）；通过副真空舱进气阀（111）将副真空舱（110）内压强恢复至环境气压后开启副真空舱门（107），放入已经经过初步面形检测的试验样品（112），试验样品（112）与被加工件（105）属同一光学材料，但比被加工件小很多以节省空间和成本；关闭副真空舱门（107）；接着抽取副真空舱（107）内空气，直至与主真空舱（101）内压强基本一致，然后开启气动真空门（106），开启试验样品传送机构（113）将试验样品（112）送入主真空舱（101）内的待刻蚀位置；将离子源（103）移动至试验样品（112）的待刻蚀位置，加工一预定时间后移开离子源（103）至安全位置；将试验样品（112）穿过气动真空门（106）移动至副真空舱（110）内，关闭气动真空门（106）；通过副真空舱进气阀（111）将副真空舱（110）恢复至环境大气压后开启副真空舱门（107），取出试验样品（112）并检测表面形貌；并与本步骤初始检测得到的表面形貌比较，结合刻蚀时间求解出离子源作用于此试验样品（112）上的去除函数；

步骤6，任意选定为被加工的待加工子块并计算驻留时间：选取步骤2中划分出的一个未被加工的子块，结合步骤5中测试并计算出的去除函数，求解其驻留时间；驻留时间即是离子束加工过程中离子源（103）在各点处需要停留的时间，停留时间越长，离子源（103）对该位置处的材料移除量越大；驻留时间可以通过求解如下的卷积方程来求解：

r0(x,y)-r′(x,y)=b(x,y)⊗τ(x,y)]]>

其中，为卷积符号，τ(x,y)即为驻留时间分布函数；

步骤7、按照步骤步骤6中计算出的驻留时间，通过计算机控制的数控三坐标平台（115）驱动离子源（103），控制离子源束（117）在被加工件（105）各处的驻留时间进行离子束抛光；

步骤8、经过步骤7加工结束后，判断是否全部划分出的子块都已经加工，如果全部子块都已经加工，结束；否则，返回步骤5。