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超强激光科学卓越创新简报

(第一百六十二期)

2021年1月29日

上海光机所在磁流变超精密加工理论及工艺研究中取得重要突破

　　上海光机所精密光学制造与检测中心在磁流变超精密加工理论及工艺研究中取得重要突破。研究发现磁流变超精密加工中存在特定的仅有数十微米带宽的“魔法”角度步距状态，在这种状态下可以稳定地获得无波纹表面，而不影响其他空间频率误差的收敛。与传统的磁流变正交加工方式相比，在“魔法”角度步距状态下产生的中频误差可以减小几个数量级从而淹没在噪声中。“魔法”角度步距是一种全新的消除中频误差的方法，简单且高效，将磁流变推向了一个更高的加工极限。相关成果发表于工程制造领域重要期刊International Journal of Machine Tools and Manufacture中。

　　在现有的各种子孔径抛光手段中，磁流变抛光是为数不多的能同时保证去除精度、表面质量和加工效率的工艺之一，具有对平面、球面和非球面等各类光学元件进行高效超精密加工的能力。相对于确定性差的小磨头抛光技术和效率低且材料受限的离子束抛光技术，解决磁流变加工技术的中频误差问题可以把超精密光学元件尤其是非球面光学元的加工变得容易，促进高功率激光、纳米光刻等高端光学系统的发展。

　　自磁流变抛光技术发明以来，90°正交加工方法得到广泛应用，其正确性从未受到质疑；而“魔法”角度步距状态的发现颠覆了现有加工理论，同时研究通过详细的数学建模分析建立了“魔法”角度步距状态精确获取方法。理论证明，中频误差只与去除函数频谱某一方向的离散值有关。当路径频谱中的峰值位置都精确地落在去除函数频谱的超低谷点位置时，中频误差即可得到很大的抑制。更重要的是，“魔法”角度步距现象理论上并不局限于磁流变抛光刀具，大多数抛光刀具都具有“魔法”角度步距状态，这使得现有的加工工艺可以通过这一发现得到广泛的革新。

　　相关工作得到了国家自然基金、中国科学院青年创新促进会、上海市扬帆计划的支持。

　　原文链接

图1 磁流变传统正交加工模式及“魔法”角度步距加工模式示意图

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