[发明专利]高精度曝光透镜的加工方法

说明书

一种用于脉冲压缩光栅制作的高精度曝光透镜加工方法，该方法包括搭建自准直干涉检测装置、曝光透镜非球面的铣磨加工、研抛、精密抛光和平滑处理，并在研抛、精密抛光和平滑处理过程采用所述的自准直干涉检测装置对待加工曝光透镜的透过波前进行干涉仪测量，保障每一步都达到各自的要求。该方法避免补偿镜引入的自身误差以及装调误差，采用高效高精度数控加工工艺，解决了曝光透镜数控加工全频段误差问题，最终提高了曝光波长下的全频段波面质量，为高精度脉冲压缩光栅的制作奠定了基础。

技术领域

本发明涉及光学加工领域，具体涉及一种用于脉冲压缩光栅制作的高精度曝光透镜加工方法。

背景技术

高功率激光是惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion，ICF)中较为理想的驱动器。为获取超强超高能量的激光，啁啾脉冲放大技术(Chirped Pulse Amplification，CPA)被用于产生超强超短的激光脉冲。啁啾脉冲放大技术中的核心元件为大面积、高衍射效率、高损伤阈值的脉冲压缩光栅。目前，国际上制作大口径光栅比较成熟的是采用静态干涉场曝光方法，即两束相干光扩束后干涉，形成大于光栅基底面积的有效干涉场，如图1所示。采用静态干涉场曝光方式制作大尺度全息光栅需要两组大口径扩束透镜，因此，曝光透镜加工精度决定了干涉场的精度，曝光透镜的透过波前精度是干涉场曝光制作高精度大口径衍射光栅的前提保证。

曝光透镜通常的工作波长为紫外波段，而加工时干涉仪的检测波长为632.8nm，由于检测波长和工作波长的不同，会产生一定的系统误差，主要为球差。传统的加工检测方法是采用补偿检测的方法，即根据曝光透镜的非球面方程，设计相应的补偿透镜，以补偿由于波长变化而引起的系统误差，如图2所示。实际加工中，曝光透镜的透过波前误差包含：1、干涉仪球面标准镜头的误差；2、补偿镜的加工误差；3、曝光透镜自身的面形误差；4、平面标准反射镜的误差；5、检测系统的装调误差。其中，球面标准镜和平面反射镜的误差可以事先标定。而补偿镜的加工特别是对于高精度补偿镜组的检测标定，存在一定的难度，补偿镜的误差和引入补偿镜后的装调误差无疑会降低整个系统的检测精度，最后影响曝光透镜的加工精度。同时，高精度的补偿镜加工检测不仅增加了加工成本，同时降低了曝光透镜的加工效率。对于传统的曝光透镜加工方法，手工修抛法效率极低，非常依赖于人的经验，收敛过程需要反复迭代，且中高频误差比较严重，曝光透镜表面若存在中高频误差，会在干涉场中引入周期性波纹，最终将会曝光在光栅面上，直接影响光栅质量，因此需要严格控制。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种用于脉冲压缩光栅制作的高精度曝光透镜加工方法，该方法通过采用高效高精度数控加工工艺，避免补偿镜引入的自身误差以及装调误差，解决曝光透镜数控加工全频段误差问题，最终提高了曝光透镜在曝光波长下的全频段波面质量，为高精度衍射光栅的制作奠定了基础。由于无需采用高精度的补偿镜，且采用确定性数控加工方法因而具有加工成本低、高精度和加工效率高的特点。

为实现上述技术目的，本发明的技术解决方案如下：

一种用于脉冲压缩光栅制作的高精度曝光透镜加工方法，其特点在于，包括以下步骤：

1)搭建自准直干涉检测装置：该装置包括激光平面干涉仪，沿激光平面干涉仪的激光输出方向依次是球面标准镜头和标准平面反射镜，该装置的特点是不使用补偿镜，自准直干涉检测时，将待检测的曝光透镜置于所述的球面标准镜头和标准平面反射镜之间；

2)曝光透镜非球面的铣磨加工：根据曝光透镜非球面方程计算得到曝光透镜的最接近球面的半径，将透镜的毛坯放置在数控铣磨机床的转台中心，采用球面铣磨程序代码驱动机床，选用杯型金属键合砂轮按照生成的加工轨迹完成接近球面的粗磨；根据透镜的轮廓尺寸、非球面方程参数，设置相应的加工参数及加工轨迹，生成加工代码，驱动机床采用蝶形砂轮，按照加工轨迹对所述的最接近球面精磨，完成曝光透镜非球面的铣磨加工；