CN103534062A - 用于会聚抛光的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于抛光光学元件的抛光系统，该系统包括：具有径向尺寸的抛光垫，设置在抛光垫上的隔板。所述隔板配置成部分围绕光学材料。光学元件在径向尺寸的范围内接触抛光垫，并且抛光垫的磨损率在径向尺寸范围内相对于径向尺寸基本上是不变的。

Description

用于会聚抛光的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月21日提出的美国临时专利申请号61/454,893的优先权，在此通过引用而将其公开内容整体并入，用于所有目的。

关于由联邦资助研发创造的发明的权利说明

依据美国能源部与劳伦斯·利弗莫尔国家安全有限责任公司签署的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室运营合同(编号DE-AC52-07NA27344)，美国政府享有此发明中的权利。

背景技术

传统的光学制造工艺通常包括1)成形，2)研磨，3)磨边/抛光，4)全孔径中间抛光或精研，4)全孔径最终抛光，以及5)小工具抛光。当对包含精确表面轮廓的高光学性能材料的需求大幅上涨时，精密的光学制造工艺因为激光的发明而取得重大进步。然而，如今实践普遍认为，光学制造是一门艺术而非一项技术。近几十年来，运用计算机数控磨床(CNC)使机床安装和实时诊断取得了进展，在以这些进展为基础的研磨工序过程中，确定移除原料的能力显著进步。同样地，小工具抛光(例如计算机控制光学抛光机(CCOS))和磁流变抛光(MRF)的出现使抛光工业彻底变革。然而，对抛光玻璃和硅片来说，仍然是使用最普遍也是通常最经济的方法的全孔径抛光未规定确定过程。尽管已取得渐进式改进，但传统的抛光仍然需要运用工匠技术的高技能光学仪器制造者。这种类型的抛光通常需要多次反复循环，包括抛光、测量并调整参数以收敛到期望的表面轮廓(即对于规定半径达到平坦或一致性)。因此，在现有技术中需要与光学元件抛光相关的改良方法及系统。

发明内容

根据本发明，提供了与光学系统相关的技术。更具体地，本发明的实施例涉及在光学元件如单次重复一样少的确定性抛光。仅仅举例来说，本发明根据一组固定的抛光参数，被应用于光学元件的单次重复抛光，而不管元件的初始形状如何。这里描述的方法和系统适用于适合同大功率激光器以及放大器系统配套使用的多种光学材料的加工制造。

根据本发明的另一个实施例，与表面裂口的“自由”精加工相关的方法和系统得以提供。确知的是，用于高峰值功率激光系统的高值光学器件表面的刮伤会引发激光损伤发生。因此，多年来为减少光学制造过程中形成的刮伤数量和尺寸做了很多努力。举例来说，移动在清洗、抛光以及处理过程中对光学器件表面形成低负荷的劣质颗粒或微小凹凸物会造成刮伤。之前减少劣质颗粒的工作涉及改造和改装现有的全孔径抛光机。这种方法足以对付导致刮伤的外来劣质颗粒。目前的缓解措施在很大程度上局限于抛光过程中的清洁操作。然而，这些措施对于清洁操作的程度、操作者技能以及抛光机的复杂程度是高度敏感的。此外，这些措施很难实现高效率。控制劣质颗粒的第二个限制在于，抛光加工过程中对抛光液颗粒尺寸分布的了解和控制有限。现行技术状况受限于使用未经优化的、了解甚少的过滤技术。

本发明的实施例通过实施以下一个或多个步骤以减少抛光过程中引入的劣质颗粒。1)制作一个完整的抛光系统，通过气密地密封抛光机以防止抛光液干燥来确保没有劣质颗粒进入工件-抛光盘接触面；2)提供100％的湿度环境以防止干燥的抛光液结块并出现劣质颗粒；3)使用可将抛光液内部颗粒结块最小化的化学性质稳定的抛光液；并且4)使用优化的过滤法持续地移除抛光系统中任何已产生的劣质颗粒。

根据本发明的实施例，提供了一种抛光光学元件的抛光系统。抛光系统包括：具有径向尺寸的抛光垫，设置在抛光垫上并且部分围绕光学元件的隔板。光学元件在径向尺寸的范围之内接触抛光垫，并且抛光垫的磨损率作为在径向尺寸范围内相对于径向尺寸是基本上不变的。

相据本发明的另一个实施例，高湿度的抛光系统得以提供。高湿度的抛光系统包括：具有抛光垫的抛光单元以及可操作以向抛光垫提供抛光液的抛光液传送系统。高湿度的抛光系统还包括包围抛光单元的外壳。外壳内的湿度足以防止抛光液大体上干燥。

根据本发明的一个特定实施例，用于抛光光学元件的抛光液系统得以提供。抛光液系统包括溶剂和放入溶剂中的研磨料成分。抛光液系统还包括在溶剂中供给的表面活性剂。

根据本发明的另一个特定实施例，提供一种将工件安装至衬底的方法。这种方法包括：确定峰谷高度值，并且确定与沥青区域相关的值。这种方法还包括：计算沥青的相对面积、计算小球半径以及计算沥青小球的数量。这种方法还包括将N个沥青小球联接到工件以及将N个沥青小球联接到衬底。

本发明的实施例提供了一种用来抛光在不同纵横比例(直径/厚度)玻璃上的平坦表面、球形圆状表面和矩形表面的装置和方法。本发明的实施例提供的抛光系统被称为会聚的、与初始表面无关的、单次重复的、无劣质颗粒(CISR)抛光机。这个抛光系统提供一个或多个下述特征：1)不管工件的初始表面轮廓如何，在抛光远行过程中或轮廓抛光运行之间，抛光参数是固定的(即不是可变的)并且是相同的；2)因为工件轮廓将会聚成期望的与抛光盘形状相配的形状，抛光能够从研磨状态在单次重复中实现；3)在工件上造成很少或没有刮伤的“无”劣质颗粒环境中完成抛光；4)使用运用了化学性质稳定和/或设计的过滤系统的高度控制颗粒尺寸分布完成抛光。

本发明的实施例依据以下原理来实现期望的抛光工序：1)除了光学器件和抛光盘不匹配的因素(即光学器件和抛光盘之间的不均匀物理间隔)外，基本上造成光学器件上不均匀的空间材料移除的所有因素都被消除，而光学器件和抛光盘不匹配会导致光学器件表面轮廓会聚成期望的形状(即抛光盘的形状)；并且，2)劣质颗粒进入并形成在抛光机系统内/中的源已经被消除或者被主动消除，导致工件有很少/或没有划痕。

如本说明书始终充分描述的是，本发明的实施例提供的工程学特点可能包括以下一个或多个：1)运用形状特殊设计为圆形和矩形工件的隔板，以抵消不均匀的垫磨损；2)运用形状特殊设计的隔板以抵消粘弹性导致的不均匀的压力分布以及不均匀的材料移除；3)运用形状特殊设计的隔板以确保抛光液均衡分布于工件上；4)使用玻璃基底的矩形隔板以达到均匀垫磨损的稳定性；5)为修整垫而运用CVO钻石基底的矩形隔板以确保材料在抛光时间内具有恒定的移除速率；6)使用轮子驱动的工件以阻止瞬间力量造成不均匀的压力分布和不均匀的材料移除；7)运用低Z轴点安装，从而使工件和隔板上的瞬间力量减至最小；8)运用运动学(工件和抛光盘的运动)在工件上产生统一的时间平均速度，从而防止由运动学引起的不均匀的材料移除；9)使用化学性质稳定的抛光液(举例来说，在二氧化铈(Hastilite PO)抛光液中，使用阴离子(例如micro-90)或阳离子表面活性剂加上酸碱度和浓度适当的螯合剂)从而使颗粒结块(劣质颗粒的来源)减至最少；10)运用湿度为100％的气密密封腔室是为了：a)防止生成干燥的抛光液，其被认为会造成引起划痕的劣质颗粒；b)防止环境中外来劣质颗粒进入抛光系统；11)使用刚性小球粘结技术(也叫沥青小球粘结(PBB))以防止高纵横比(薄)的工件/光学器件发生工件变形；12)使用柔性的小球粘结技术(也叫泡沫小球粘结(FBB))，用来抵消来自研磨表面的残余应力导致的不均匀的移除和工件弯曲；13)在研磨工件上使用预腐蚀技术(比如，氢氟酸(HF)或者缓冲氧化物蚀刻)，以消除会导致不规则的移除和工件弯曲的残余应力；14)在研磨工件上使用预腐蚀技术(比如，氢氟酸(HF)或者缓冲氧化物蚀刻)，以移除研磨表面上可能造成划伤的潜在的玻璃劣质微粒；15)使用氟化物涂覆在抛光器外壳和部件的内部上，使得抛光液颗粒的附着力降低，使研磨液清洗容易并且最大程度地减少抛光重复中产生的劣质颗粒；16)使用一种抛光机的设计，该设计使得角落和缝隙最少化，从而使得抛光液颗粒可以聚集并且最大限度地减少劣质颗粒的产生；17)使用有效的抛光液过滤系统，以高效地去除劣质颗粒并且控制抛光液颗粒尺寸的分布。

相对于传统技术，本发明的方式可以获得大量的好处。比如，本发明实施例提供的方法和系统适合于在单次重复中抛光光学元件至预先确定的形状。本发明的这些和其他实施例、连同这些优点和特征将会在下文和附图部分作更详细的描述。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的影响抛光不均匀性的参数的图表；

图2A是简化图，示出对于根据本发明的一个实施例的不同的抛光配置来说峰-谷高度随抛光时间的变化；

图2B至图2G示出根据本发明的一个实施例的不同的抛光配置；

图2H是简化图，示出对于根据本发明的一个实施例的抛光配置来说峰-谷高度随抛光时间的变化；

图3A至图3D是简化图，示出根据本发明的实施例的用于改变原始形状的抛光会聚；

图4A至图4E是示出根据本发明的一个实施例的在不同的抛光时间峰-谷高度的表面轮廓；

图5A是示出根据本发明的一个实施例的抛光隔板的简化透视图；

图5B是根据本发明的一个实施例的抛光隔板的简化截面视图；

图6是根据本发明的一个实施例的抛光垫磨损率随径向距离变化的简化图；

图7是根据本发明的一个实施例的隔板宽度随径向距离变化的简化图；

图8A至8C是根据本发明的一个实施例的隔板负荷随径向距离变化的简化图；

图9A是说明由劣质颗粒造成的刮伤的简化示意图；

图9B是说明由劣质颗粒造成的刮伤的影像；

图10是根据本发明的一个实施例的高湿度抛光系统的简化透视图；

图11是根据本发明的另一个实施例的的高湿度抛光系统的一部分的简化平面图；

图12示出了根据本发明的一个实施例的在稀释范围内的抛光溶液的标准界面高度随时间变化的绘图；

图13示出了根据本发明的一个实施例的在搅动的影响下抛光溶液的标准界面高度的绘图；

图14示出了根据本发明的一个实施例的抛光溶液的标准界面高度随时间变化的绘图；

图15是根据本发明的一个实施例的稳定的和不稳定的抛光溶液的相对界面高度随时间变化的简化图；

图16示出了根据本发明的一个实施例的稳定的和不稳定的抛光溶液随颗粒尺寸变化的抛光液体积；

图17是示出根据本发明的一个实施例的抛光一组光学元件的方法的简化流程图；

图18A至图18C是示出根据本发明的一个实施例的研磨前、研磨后以及化学侵蚀后表面曲率的图像；

图19A至图19F是示出根据本发明的一个实施例的进行沥青小球粘结方法的简化示意图；

图20是示出根据本发明的一个实施例的在不同的沥青小球粘结配置中，熔融石英和磷酸盐玻璃表面轮廓的测量变化的图；

图21是根据本发明的一个实施例测得的沥青热膨胀的图；

图22A是根据本发明的一个实施例的工件峰-谷高度随单个小球和三个小球沥青过冷却变化的绘图；

图22B是根据本发明的一个实施例的工件峰-谷高度随沥青小球半径变化的绘图；

图22C是根据本发明的一个实施例的标准工件峰-谷高度随沥青小球偏移变化的绘图；

图22D是根据本发明的一个实施例的工件峰-谷高度随相对的整个沥青小球区域变化的绘图；

图23是示出根据本发明的一个实施例的沥青小球粘结参数的简化示意图；

图24A和图24B是示出根据本发明的一个实施例的优化的光学元件沥青小球粘结模式的绘图；

图25A是根据本发明的一个实施例的工件峰-谷高度随小球之间间距变化的绘图；

图25B是根据本发明的一个实施例的工件峰-谷高度随面积百分比变化的绘图；

图26是示出根据本发明的一个实施例的确定沥青小球粘结参数的方法的简化流程图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，图1是说明影响抛光不均匀性参数的图表。本发明的实施例提供了降低抛光不均匀性的技术和系统。2010年1月28日提交的美国专利申请号12,695/986详细描述了图1说明的一些参数的控制，在此完整地将其专利申请说明书引入本文作为参考。如本申请自始至终充分描述，本发明的实施例利用镜像隔板以减少弹性抛光盘回弹(4.2)和粘弹效应(4.5)，并且提供恒定的抛光盘磨损(4.6.1)。于是光学形状被用于驱动抛光工序实现会聚(4.6.4)。

如图1说明，除了单变量以外，各种参数已被减少或消除。这个单变量的运用使全孔径抛光系统内的光学元件会聚成期望的形状，而之前的技术是由光学仪器制造者实时地同时改变各种参数力求制成期望的形状，两者形成强烈对比。发明人理解并且已经减少或消除如图1所说明的影响材料移除的参数，只留下一个变量，即光学元件与抛光垫的不匹配。使用具有希望光学元件最终呈现出的形状的抛光盘，那么光学元件即以会聚的方式被抛光，从而与抛光盘的形状相匹配。

图2A示出了根据本发明的一个实施例的峰谷高度随不同的抛光配置的抛光时间变化的简化图。如图2A示出的，光学元件峰谷高度相对于抛光时间的图用来说明各种抛光配置。如图所示，当发明人解决了图1说明的参数时，光学元件能够很熔易地被抛光并且随着抛光时间的推移峰谷高度不发生改变。如“抛光垫磨损减少”的曲线(#5)示出的，发明人确定，一旦抛光，抛光垫将改变形状，结果是当抛光时形状将改变光学元件上的压力分布。因此，本发明的实施例使用隔板接触抛光盘从而最终达到光学元件产生的相对磨损(即空间地)，从而抵消抛光垫磨损，以产生空间上一致的抛光垫磨损。如曲线6所示，本发明的实施例减少了粘弹效应，此效应随时间的推移产生基本上平坦的峰谷高度。

根据本发明的一个实施例，图2B至图2G说明不同的抛光配置。图2B至图2G示出的参数与图2A中的曲线数相匹配。

发明人已经确定尽管图2A示出了曲线#6(粘弹性减少(77))的稳定峰谷高度，但是当时间超过100小时时，峰谷高度能够增至更高水平，即随时间的推移峰谷高度增大。图2H是示出了根据本发明的一个实施例的随着用于抛光配置的抛光时间的推移的峰-谷高度的简化图。如图2H所示，会聚点在0-150小时之间的时间周期内移动。不限制于本发明的实施例，发明人认为可能造成会聚点移动的原因是光学元件导致的抛光垫磨损和隔板导致的抛光垫磨损之间的平衡被打乱，从而引起峰-谷高度的增加。

本发明的实施例通过移除经过抛光的光学元件并操作仅仅具有隔板的抛光系统来调整会聚点。通过运行仅仅具有隔板的抛光系统，会聚点被调整从而使峰谷高度回至小于预先设定水平的值。因为会聚点移动发生的周期长于单个光学元件抛光操作的周期。举例来说，特定光学元件的抛光时间可以是10小时，那么如图2H所示，在峰-谷高度增至超过2.5μmm之前，多个光学元件(比如15个)的抛光时间周期为～150个小时。由此，与通常用于抛光单个光学元件的时间周期相比，在较长的时间周期内进行会聚点的调整。本发明的实施例不限于这样一个长期时间周期内的会聚点的调整，但是下述例子从与多个光学元件相关的抛光工序角度得以展示。

参考图2H，在第一个150小时的抛光过程中，会聚点从最初的约0.5μm移动至约2.5μm。为减小会聚点的值，本发明的实施例移除光学元件以便操作仅仅使用隔板的抛光系统一段时间，从而把峰谷高度降低至预先设定的水平。如图2H说明，在～200小时至～400小时的时间周期中，操作仅仅使用0.6psi隔板的抛光系统降低由跌至0.48mm峰谷高度示出的会聚点。如图所示，峰谷高度下降速度是相对慢的(如～1.7μm/212hours＝7.3nm/hr)，但是可控的而且是线型的。在～400小时之后，同时利用隔板和光学元件导致在～400小时至～500小时期间会聚点的再次漂移。如最后几个数据点所示，仅在～500小时以后使用隔板的抛光产生了预期的会聚点下降。因此，实施例利用了一个工序，在该工序中，没有使用光学元件对会聚点进行微调的方法。本领域的普通技术人员可以实现许多变化、修改和替换。

Tayyab Suratwala，Rusty Steele，Michael Feit，Richard Desjardin和Dan Mason所著的“会聚垫抛光无定形二氧化硅”发表在国际应用玻璃科学杂志特刊第一部分、先进玻璃的变形和断裂第二部分以及2012年3月的大众玻璃科学第三卷第一期的14-18页。这篇文章提供了对会聚垫抛光相关的附加描述，在此完整地将其专利申请说明书引入本文作为参考，用于各种用途。

根据本发明的一个实施例，图17是说明抛光一组光学元件方法的简化流程图。方法1700包括使用隔板和抛光工序抛光第一子组光学元件。这种抛光工序的特点是峰谷高度小于第一预先设定植(1710)。该方法还包括确定峰谷高度是大于还是等于第一预先设定值(1712)。一旦峰谷高度达到第一预先设定的值，第一子组光学元件中的最后一个光学元件即被移除，而且抛光系统在没有光学元件的情况下运行一段时间(1714)。这段时间之后，即可以确定峰谷高度降至小于第二预先设定值(1716)。在某些实施例中，第二预先设定值小于第一预先设定值。在其他实施例中，第二预先设定值等于第一预先设定值。

在某些实施例中，在会聚点调整期间，抛光系统的操作在没有光学元件、光学元件中的一个(以下可替代实施例中探讨的)、不同于隔板或光学元件的装置、或者等等的情况下利用隔板。因此，用于调整会聚点的除了隔板之外的形状包括在本发明的范围内。

一旦峰谷高度达到第二预先设定值，第二子组的光学元件采用隔板和抛光工序抛光，其特征在于峰谷高度小于第一预先设定值(1718)。

在一个可替代的实施例中，峰谷高度随着抛光时间的推移在反方向上增大，图17说明的方法能够被改进以移除隔板并抛光没有使用隔板的一组光学元件或一组虚拟光学元件中的一个，从而改进工序1714。因此，使用这种互补校正法能够调整在负方向上增长的峰谷高度。

相据本发明的实施例，图3A是一个简化图，示出了用于改变原始形状的抛光会聚。在图3A中，光学元件是具有低宽高比的圆形工件。如图3A所示，实验79中，工件(即光学元件)上的峰谷变量最初大约是7μm(即大约14个波)然后降至大约-1μm(即大约2个波)。实验80中，峰谷变量最初大约是-7μm然后降至大约-1.5μm。因此，本发明的实施例提供了一种会聚抛光技术，该会聚抛光技术与光学元件的最初变量无关地实现会聚为一致的光滑性的光学抛光。尽管图3A所示的当前会聚带的特点是峰谷变量小于0.5μm宽并且是负的，但是本发明不限于该特定变量，而且具有集中在0的更小变量的其他带也包括在本发明的范围内。

利用本发明的实施例，抛光盘和光学器件形状之间的不匹配导致形状会聚，实现单次重复、初始表面独立的抛光工艺。在抛光过程中，由于光学器件和抛光盘不匹配的压力正常化，光学器件将会聚成与抛光盘相同的形状。因此，本发明的实施例提供了会聚成带抛光工序，这种工序的特点是具有预先设定的峰谷高度，而且峰谷高度长时间保持在带中。

本发明提供的其中一个优点在于会聚的抛光工序在恒定的峰谷变量上终止，而且长时间保持在这个会聚值上。在传统的抛光技术中，为了避免过度抛光，不得不在精确的时间终止抛光。与之形成对比的是，会聚的抛光技术在单次重复中自行终止，形成与光学元件的初始表面无关的而是以抛光盘的形状为基础的期望形状。

根据本发明的一个实施例，图3B是说明低纵横比圆形光学元件抛光会聚的简化图。在图3B说明的抛光工序中，抛光垫(即从米德兰陶氏化学公司购得的IC1000^TM抛光垫)不同于图3A说明的抛光工序中利用的抛光垫(即从陶氏化学公司购得的Suba^TM550抛光垫)。根据本发明的一个实施例，图3C是说明正方形光学元件抛光会聚的简化图。根据本发明的一个实施例，图3D是说明高纵横比的圆形光学元件抛光会聚的简化图。

如图3A至图3D所示，随着抛光时间的推移，峰谷高度会聚到适合于具有不同初始表面形状的工件以及四个不同配置的预先设定的带。举例来说，在图3C中，使用IC1000^TM抛光垫抛光低纵横比的正方形工件；在图3D中，使用IC1000^TM抛光垫抛光高纵横比的圆形(磨过的或抛过光的)工件。这些图形所示的抛光操作中，具有变化的初始表面形状特点的工件被统一抛光。所有的工件会聚成最终的标称平面形状，从而说明会聚的全孔径抛光。

根据本发明的一个实施例，图4A至图4E是说明在不同的抛光时间峰谷高度的表面轮廓。图4A说明的初始表面的峰谷高度变量(PV)是6.5μm。图4B说明的是抛光1个小时后的曲面峰谷高度变量PV是4.64μm。图4C至图4E说明的是随后的抛光时间的曲面峰谷高度变量：抛光2小时PV是3.59μm(4C)；抛光6小时PV是-1.04μm(4D)；抛光24小时PV是-0.95μm(4E)。如图4D和图4E所示，在预定的时间周期后，会聚抛光工序在固定的峰谷高度变量处终止。

根据本发明的一个实施例，图5A是说明抛光隔板的简化透视图。图5A所示的实施例中的隔板500包括形状适合接收圆形光学元件的曲线510。在其他实施例中，隔板可以是损耗工件，它会导致抛光垫磨损，抵消由被抛光的光学元件引起的空间上不均匀的抛光垫磨损。隔板被改造为以便接收称之为工件的光学元件，这些光学元件具有不同的形状，包括正方形光学元件、矩形光学元件等。隔板500可以包括图5B所示的一批材料，例如由25mm不锈钢或具有足够硬度和密度的其他材料构成的结构层520；由3mm橡胶或其他柔性材料构成的可塑层522；由1.1mm熔融石英或与被抛光的光学元件相差无几的其他材料构成的抛光层524。依靠达到期望质量的隔板，在不同层利用的材料能够被改变以提供硬度/质量、柔性以及抛光相似性的功能。举个例子，结构层可以由铝或者包括层叠材料的其他密实材料构成，从而优选地提供低纵横比的隔板。尽管图5A所示的隔板适合圆形光学元件的抛光，但是包括正方形和矩形在内的其他形状的光学元件也包括在本发明范围内。

由于柔性层的存在，隔板提供了平坦的形状，使得穿过隔板的常规的压力与作用在抛光垫上的压力保持一致。和橡胶材料相比，例如软的聚合物、发泡材料、硅树脂、或者他们的组合或类似的材料都是可以使用的。柔性层可以根据需要采用环氧树脂或其他粘合剂粘结在结构层上。抛光层使用和被抛光光学元件一样的材料，在保持同样的抛光垫磨损率方面是有利的，但是其他的材料也可以在一些特殊的应用中作为适合的材料。抛光层使用与被抛光光学元件不一样的材料，将会导致隔板的不同形状，这对本领域的技术人员来讲是显而易见的。如图5A所示的隔板设计，由于隔板(比如0.3psi)而作用在抛光盘上的压力(比如负载)，与由光学元件带来的压力是相匹配的。在其他的设计中，在隔板和光学光学器件之间不同压力的具体确定，将会产生不同的隔板形状。

图6是根据本发明的一个实施例的抛光垫磨损率相对于径向距离变化的简明图表。参考图6，由于工件造成的磨损(比如抛光垫的磨损率)相对于抛光机中心的距离的变化，在图中用向右侧倾斜的阴影线表示。曲线下的这片区域显示了如果你刚刚将光学元件放在抛光垫上，抛光垫有多少将要磨损。在所示的图表中，光学元件(也可以称作光学器件)被定位在距离抛光机中心25mm的地方，其直径为100mm。在光学器件与抛光垫没有接触的区域(比如，从0-25mm)，这里没有抛光垫的磨损，导致了在这个区域内抛光垫磨损率为零类似的零抛光垫磨损区域还出现在直径距离大于125mm的区域。考虑到所示磨损率，随着时间的进行，该曲线的反面将是抛光过程中在抛光垫上磨损的沟槽的形状。

由隔板带来的抛光垫磨损(在图中由向左倾斜的阴影象线表示的互补磨损)被提供用来使得抛光垫的整体磨损率相对于距离(C)保持不变。对本领域技术人员来讲是显而易见的，不变的数值和由工件带来的磨损之间的不同将给产生如图表中所示的磨损率的隔板的形状设计提供引导。

抛光垫的磨损率可以由工件(比如光学元件)带来的抛光垫磨损和隔板带来的抛光垫磨损的组合来表示。

$\frac{{\mathrm{dh}}_l\left(r\right)}{\mathrm{dt}}=k_L\·\mathrm{\μ}\·(f_o\left(r\right)\·V_{\mathrm{ro}}\·{\mathrm{\σ}}_o+f_s\left(r\right)\·V_{\mathrm{rs}}\·{\mathrm{\σ}}_s\left(r\right)),$

其中，r＝距离抛光垫中心的距离，

s＝光学元件距离抛光垫中心的位移，

k_L＝Preston系数(如果光学元件和隔板的抛光表面是同一种材料则是同一数值)，

μ＝摩擦系数，

σ＝负载(压力)，对光学元件和隔板来讲可以是一样的，

f_o(r)＝当光学元件处于r时的圆周宽度，

f_s(r)＝当隔板处于r时的圆周宽度，

V_ro＝在r处光学元件和抛光垫之间的相对速度，当R_O＝R_L时，与R_os相等，

V_rs＝在r处隔扳和抛光垫之间的相对速度，当R_o＝R_L时，与R_Lr相等，

R_O＝光学元件的旋转速率，

R_L＝抛光机的旋转速率(比如抛光垫)。

为了保持不变的抛光垫磨损率

隔板的形状要通过计算隔板的宽度来决定：

$f_s\left(r\right)=\frac{C-f_o\left(r\right)\·k_L\·\mathrm{\μ}\·R_o\·s\·{\mathrm{\σ}}_o}{k_L\·\mathrm{\μ}\·R_L\·r\·{\mathrm{\σ}}_s\left(r\right)}.$

对圆形的光学元件来讲， $f_o\left(r\right)=2a{\sin }^{-1}\left(\frac{x\left(r\right)}{r}\right)\·r.$

如图5A所示的本发明实施例所提供的隔板带来的好处在使用传统的抛光技术时并不存在。通过使用如图6和7中描述的Preston等式，隔板的形状被设计用来提供相对于穿过光学器件的位置不变的抛光垫磨损率。在一些实施例中，均匀的抛光垫磨损的特征在于，抛光垫磨损率的数值在抛光垫与光学元件接触部分上的偏差不超过5％。在其他的实施例中，抛光垫磨损率的值的差异在2％以下、1.5％以下、1％以下、0.75％以下、0.5％以下、0.4％以下、0.3％以下、0.2％以下、0.1％以下、0.05％以下、0.025％以下或0.01％以下。例如，相对于位置的第一抛光垫磨损率与由光学元件带来的磨损相关联，相对于位置的第二抛光垫磨损率与隔板相关联(见图6)。这些抛光垫磨损率的总和提供了在抛光垫与光学元件的接触部分处基本上不变的磨损率。虽然在一些实施例当中提供的小于对本领域的技术人员来讲是显而易见的波形，抛光垫磨损率的一致性延伸到了抛光垫的未与光学元件接触的部分(比如图6中径向距离小于25mm和大于125mm的地方)，适合于一些特殊应用，虽然一致性在这些区域可能会降低。本领域的普通技术人员可以认识到很多的变化、改进和替代物。

应该注意到，这里描述的隔板的使用除了带来空间抛光垫磨损一致性的改善外，还由于其他观象带来其他一些相关的益处，如速度和压力的线性比例。这些现象的一些实例包括抛光垫的压缩和粘弹性、抛光垫上光、摩擦导致的温度影响、抛光液的分配等等。

利用本发明的实施例，相对于位置的抛光垫磨损相对于位置基本上是一致的，例如，对于光学元件来讲小于几个波形。在一个实施例中，抛光垫在一个波形内在径向距离上与光学元件接触的部分磨损均匀，虽然这个均匀性其特征是更多均匀的抛光垫磨损，例如，在一个波形内。

图7是根据本发明的一个实施例隔板宽度随径向距离变化的简化图表。图7中隔板的宽度(例如，圆周的宽度)受到限制，最大厚度由在特定径向距离上的抛光机圆周长设定(只有这么长的周长才有可能覆盖处在稍小径向距离处的隔板)，最小厚度由粘弹性和刚性冲孔影响来设定。对软一点的抛光垫而言，粘弹性的影响更突出一些，但对硬一点的抛光垫而言，刚性冲孔的影响更显著一些。

在图7中，隔板的形状决定了其适用于圆形的光学器件，但是，用于光学元件的隔板的其他形状也包括在本发明的范围之内。利用在这里描述的等式，隔板的负载可以与光学器件的负载区分开来，例如，甚至是不均匀的负载。函数f_o(s)可以针对特定的形状计算，例如，圆形或矩形的光学器件，然后代入该公式以确定隔板的形状。函数f_o(r)和f_s(r)，这里称为周向宽度，分别被定义为当半径为r时，抛光盘被光学器件和隔扳覆盖的圆周的部分。

将会理解，隔板的靠近抛光机的中心部分的部分(在抛光盘上小的径向距离)，图6中的不变的数值当径向距离减小而径向速度趋近于零时是不能得到的。然而，由于光学器件被放置在距离中心一个限定的位置上(比如实施例中的25mm)，这个没计就会受到这里描述的隔板设计的约束。因为光学器件在径向距离小于25mm时不会重叠，在未与光学器件重叠的径向距离处对于恒定的抛光垫磨损率提供了设计灵活性。

图8A-8C是根据本发明的实施例，隔板的负载相对于径向距离变化的简要示意图。本发明的实施例可以利用被均匀负载(8A)、不同负载(8B)、或者连续负载(8C)的不同的隔板。图8A-8C的图表显示出当在讨论与抛光垫磨损率的关系时，负载可以随位置变化。

图9A是关于劣质颗粒造成刮伤的简明示意图。在某些光学元件的抛光应用中，比如，在高能激光和改大器系统中，在刮伤密度上有着严格的要求。不作为限制本发明的实施例，发明人相信在抛光过程中会存在由劣质颗粒造成的一些刮伤，这些颗粒会比抛光液中的其他颗粒尺寸大，例如，或者是外来颗粒或者是颗粒尺寸分布大于抛光液中其他颗粒的平均颗粒尺寸。如图9A所示，劣质颗粒在光学器件上产生了更高的负载，并且产生了一个或更多的划伤。尽管试图去过滤掉这些劣质颗粒，光学器件的划伤仍然可以被观察到。图9B是劣质颗粒造成的刮伤的照片。

不作为限制本发明的实施例，发明人相信产生劣质颗粒的一个额外来源是抛光液的干燥。例如，为了抛光包括二氧化铈的混合物，不仅要使抛光液干燥，还要与它自身起化学反应，使柔软的团粒在烘干中变为坚硬的团粒。这些团粒之后就会产生如图9B所示的刮伤。

本发明的实施例通过将抛光系统封闭起来，防止了抛光液的干燥，防止了外来颗粒的进入，而且提供了一个高湿度的环境，因此，抛光液可以避免被烘干。清洗系统可以被用来清洗从系统中移除的光学器件，以防止抛光液残留在光学器件上。因此，清洗过的光学器件可以在移除后被干燥而没有抛光液的干燥物，因为在清洗过程中已经去除了。作为系统抛光液清洗的另一个额外的好处，系统的部件可以被涂上一层氟化聚合物层，以减少抛光液和各系统部件之间的粘连。

图10是依照本发明的实施例所画的高湿度抛光系统的简化立体图。高湿度抛光系统1000包括抛光表面1010，其可以是抛光垫，还包括部分环绕在隔板1014中的光学器件1012。可移动的并且能够与围栏1022相接触定位的盖子1020，以形成环绕抛光表面的受控制的环境。抛光液的进口和出口(未示出)，以及湿润气体(如水蒸气)的进口1030和出口1032也作为系统的一部分被提供。

如图10所示的实施例中，抛光系统内的湿度高于周围环境的湿度，例如，高于80％，高于85％，高于90％，高于95％，高于97％，高于98％，高于99％以及一直到100％。在一些实施例中，湿度被设置在高水平以防止系统中抛光液的实际干燥。在环境里避免干燥可以防止硬的团粒的形成以及由其引起的刮伤。

图11是表示高湿度抛光系统的一部分的平面图，该高湿度抛光系统在一些方面与图10所示的高湿度抛光系统不同。如图11所示，光学器件1105被放置于抛光盘1110上，并使用导向轮进行空间的控制。在图11所示的实施例中，不同的隔板设计被使用，镜像的隔板1120被提拱用于产生恒定的抛光垫磨损。100％湿度注入口1030被设置成邻近抛光盘1110，使得抛光环境可以提供需要的受到控制的高湿度空气，与封闭的腔室类似(例如，封闭的腔室1107)。本发明的实施例不限于图11所示的设计，这个实施例仅仅被提供用来作为一个实例。

图12示出了根据本发明的一个实施例的在一定范围的稀释的情况下的抛光溶液随着时间的推移的标准化界面高度的图表。随着时间的推移的标准化界面高度提供了进一步观察图示抛光液的下沉性质的机会，因为随着抛光液下沉到容器(例如，分级的圆柱)底部，抛光液和抛光液中分离出来的溶剂之间的界面高度下降。Hastilite PO与去离子水按1：4的比例混合下沉的最快，而标准化界面高度在大约25分钟内下降到30％。Hastilite PO与去离子水按1：1的比例的稀释液大约增加了一个数量级的下沉时间，而在大约300分钟内到达30％的标准化界面高度。未稀释的Hastilite PO提供了最长的下沉时间，在300分钟时下降到60％左右。因此，抛光液(比如Hastilite PO)的稀释影响着下沉时间。

图13所示为根据本发明的一个实施例，抛光溶液在受到搅动影响下的标准化界面高度的图表。如图13所示，无论抛光液是采用去离子水还是自来水稀释，搅动对于下沉时间产生的影响可以忽略不计。

除了稀释的影响外，发明人确定抛光液的稳定性和下沉时间的增加可以通过向抛光液中添加一种防止结块的添加剂来得到。图14所示为根据本发明的一个实施例，抛光溶液的标准化界面高度随着时间的推移的图表。图14中所示的抛光液为Hastilite PO，但是其他抛光液也包括在本发明的范围之内。参考图14，Hastilite PO稀释到Baume9(矩形的)的下沉时间最快，在大约30分钟内，下降到原始标准化界面高度的10％。未掺水的Hastilite PO配方(十字)以与图12中所示稀释的影响类似的方式提供了增加的下沉时间。向抛光液中添加一种防止结块的添加剂提供了最好的下沉时间，就像Hastilite PO稀释到Baume9加入1％体积的表面活化剂μ-90(菱形)表示出来的那样。如图14所示，表面活化剂的添加增加了下沉时间，以在800分钟时提供几乎90％的标准化界面高度。

典型的阴离子表面活化剂除了μ-90还包括：烷基硫酸盐(比如十二烷基硫酸钠，十二烷基硫酸铵，或类似产品)；烷基磺酸盐(比如十二烷基苯磺酸，Sulfonic100，Calimulse EM-99或类似产品)；烷基醚磷酸盐(比如TritonH66，Triton QS44或类似产品)；烷基羧酸盐(比如硬脂酸钠或类似产品)；或者其他合适的阴离子表面活化剂。应该注意到，可以作为添加剂在抛光液中使用的表面活化剂可以包括抗衡离子未被激活的钠盐、铵盐或钾盐。发明人确定表面活化剂带来的抛光液的稳定性(在一些实施例中处于一个适当的PH值)带来了抛光结果的改善。

本发明的实施例不限于使用阴离子表面活化剂，而且也能够使用阳离子表面活化剂。典型的阳离子表面活化剂包括氯化三甲基烷基(比如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，双硬脂基二甲基氯化铵或类似产品)；苯扎氯；烷基吡啶氯化物(比如氯化十六烷基吡啶)；或其他合适的阳离子表面活化剂。应该注意的是，表面活化剂包括抗衡离子不活跃的氯化物或溴化物盐。

在某些应用中，表面活化剂可以有效地将抛光的副产物和正在进行抛光的光学元件分离开来。副产物的存在会降低抛光抛光液的稳定性。在某些实施例中，表面活化剂可以有效地阻止副产物的附聚，从而增加抛光液的长期稳定性。抛光过程中，来自抛光玻璃的副产物是阳离子(比如K+，Na+，Ca2+，Mg2+等)。

在某些实施例中，用于准备抛光液的水可以包含不同浓度的金属阳离子。此外，诸如Na+，B3+，Fe2+，Ca2+，Mg2+，A13+的阳离子作为抛光工序的副产物被排放至抛光液中。通过打乱抛光液颗粒和稳定剂分子之间的静电作用，这些离子的存在有可能降低稳定剂的功效。

螯合剂(比如甘氨酸，柠檬酸，乙二胺四乙酸(EDTA)或类似产品)使阳离子在溶剂中多价螯合并阻止阳离子和抛光液颗粒相互作用，从而和阳离子形成有益的复合物。因此，在抛光液中添加螯合剂既可以提高最初的稳定效能也可以在抛光的副产物积聚时提高抛光液的稳定性。可见，本发明的实施例利用螯合剂来提高抛光液的稳定性。

根据本发明的一个实施例，图15是稳定抛光液和不稳定抛光液随着时间的推移的相对界面高度的简化图。如图15说明，例如加入阴离子表面活化剂添加物后，抛光液的稳定性在沉淀时间内明显提高。

根据本发明的一个实施例，图16是稳定抛光液和不稳定抛光液的抛光液体积相对于颗粒尺寸的图。除了增长抛光液的沉淀时间并增加抛光液的稳定性之外，添加抛光液添加物带来抛光液中颗粒尺寸的减小。参考图15，稳定抛光液的颗粒尺寸分布特征是大部分颗粒的尺寸小于1μm，分布的峰值大约是0.25μm。对于不稳定的抛光液来说，一半的颗粒或者大多数颗粒都具有较大的颗粒尺寸分布，其分布的峰值集中在大约1μm。因为在抛光工序过程中，较小的颗粒尺寸分布产生较小的抛光液颗粒，所以稳定的抛光液带来改进的抛光效果。发明人已经证实加入添加物使得抛光液具备了可接受的材料移除率和改善的微小粗糙度的特征。

发明人已经确定的是，在某些先利用研磨再抛光薄光学元件的光学精加工作业中，研磨操作引发压力，从而导致响应研磨导致的应力而出现的光学元件弯曲的倾向。为了减少应力，使用化学方法侵蚀光学元件以去除表面层，从而减少存在于光学元件上的应力。举个例子，光学元件经过研磨后能够被放置于酸液中或其他适当的侵蚀液(比如浸渍在酸液中)中，以去除光学元件预设定的表面部位。

在一个实施例中，具有第一弯曲曲率特征的光学元件是研磨过的。研磨之后，光学元件的特征表现为第二弯曲曲率大于第一弯曲曲率。在某些实施例中，弯曲曲率的增长起因于研磨工序过程中被带入工件的应力。使用化学方法侵蚀光学元件以去除光学元件的预定部分。化学侵蚀之后，光学元件的特征表现为第三弯曲曲率小于第二弯曲曲率。在某些实施例中，第三弯曲曲率小于或等于第一弯曲曲率，在精加工工序开始之前让光学元件回归至以光学元件为特征的曲率。因此，化学侵蚀工序减少了某些实施例的研磨过程中产生的应力。

根据本发明的一个实施例，图18A至图18C是说明研磨前、研磨后以及经过化学侵蚀后表面曲率的图像。如图18A说明，研磨之前的表面曲率的特征在于峰谷值为1.29μm。由于研磨工序带来的应力，经过研磨后的表面曲率的特征在于峰谷值为3.65μm，如图18B说明。本发明的实施例利用化学侵蚀研磨表面的方法去除研磨工序后出现的残余应力，从而让外形回归至近似于图18C展示的原始形状。在图18C中，研磨后侵蚀之后的表面曲率特征在于，峰谷值为1.16μm。因此，本发明的实施例提供了方法和系统，即化学侵蚀是一种有用的可以减少或消除导致光学元件/抛光盘不匹配的残余应力的缓和技术。

发明人已经确定，在某些抛光应用中，沥青小球粘结技术能够被用于提高已抛光光学元件的质量。表1提供了沥青小球粘结(PBB)处理(也可以称作沥青小球阻滞处理)的概述，显示了处理参数和表面形状改变的测量数据，比如阻滞前后工件(也可以称作光学元件)峰谷高度的改变(ΔPV)。就像这里描述的一样，PBB包括安装技术，它可以在工件和安装座之间使用从沥青的软化温度冷却而来的沥青形成的小的岛状物。在室温下，工件-沥青小球-安装系统是刚性的，并且工件很大程度上维持着它原始的表面形状。在使用了PBB技术进行抛光后，不限于本发明的实施例，工件会聚成抛光盘的形状，这是因为工件弯曲度的缺乏和由工件形状对压力分布的影响造成的工件-抛光盘的不匹配的优势。

表1

发明人已经确定使用沥青小球能够将光学元件(比如熔融石英或磷酸盐玻璃光学器件)粘结至衬底(比如不锈钢坯料)。如以下充分描述的，由于工件和衬底之间的热膨胀系数上的差异，沥青小球的几何形状阻止了工件的挠曲。在一些实施例中，等温冷却被用来减少或者消除工件的挠曲。

图19A-19F是根据本发明的实施例实施沥青小球粘结方法的简化示意图。如图19A所示，粘结/保护层增加了玻璃-沥青界面之间的附着力，保护了玻璃表面不会由于沥青和残留抛光液以及类似物质的接触而被污染，其被应用在工件的S2表面并且通过S1表面测量反射波阵面。粘结/保护层在一些实施例中是带，并且带在一些实施例中也是可选的。沥青小球被施加于如图19B所示的带的表面上(或工件的S2表面)。沥青小球应用的实施根据几个变量完成，包括沥青的类型，沥青小球的半径(r_p)，沥青小球的厚度(t_p)，沥青小球之间的间距(s)等等。如图19C所示，沥青小球使用加热元件进行退火处理(比如在一个烤箱中)。退火处理的温度，可以随着时间的推移发生改变，经过选择可以将整个系统的温度(比如，玻璃、块体和沥青)提高到接近沥青的温度，在这个温度下，沥青开始经受巨大的应力松弛(称作Tg)之后，冷却系统尽可能的保持等温以避免或减少残余应力的冲击对工件形状造成的变形。

如图19D所示的是，带有退火沥青小球的工件安装到预热过的、有足够刚度和机械力学性能、能在抛光过程中使用的衬底(比如铝或不锈钢的块体)的附属构件。预设厚度(比如1.25mm)的垫片可以在工件安装到衬底的时候被使用。安装结构设置在衬底中央，由例如冷却空气冷却，垫片如图19E所示那样移除。为了描述安装后工件的光学性能，反射波阵面可以如图19F所示的通过表面S1来测定。

图20显示的是根据本发明的一个实施例，在不同的PPB配置下，熔融石英或磷酸盐玻璃表面形状改变的测量值变化的图表。如图20所示，示出熔融石英(FS)或磷酸盐玻璃(PG)光学元件表面形状改变的三种情况。如图20所示，测量中使用的工件的直径是100mm，厚度是2.2mm。为了与固体的沥青层粘结，相对表面高度(FS)从外围部分的大约7.5μm，到中心部分的大约3.7μm变化，而PG则是从大约10.1μm到大约4.2μm变化。

工件的安装使用PPB技术大大减少了相关表面高度的变化，首先使用的不是最优的PPB技术，产生了大约半微米凸起弯曲(FS)和凹陷弯曲(PS)的变化。而使用这里描述的最优化PBB处理，如图20所示，相关表面高度的变化显著地减小到0。

图21所示的是根据本发明的一个实施例，沥青的热膨胀测量数据图表。参考图21，显示的是使用热-机械分析测量的两种沥青(块体沥青-1Black，由Universal Photonics公司提供，以及Cycad Blackgold光学抛光沥青，Cycad公司产品)的热膨胀数据。随着温度的上升，沥青的尺寸增加，热膨胀系数的测量为BP1对应37×10^-6℃^-1和Cycad对应43×10^-6℃^-1。

图22A是根据本发明的一个实施例的工件从峰谷(PV)高度相对于一个沥青小球和三个沥青小球的过度冷却而变化的图表。在图22A-22D中，熔融石英工件(d_w＝100mm直径，t_w＝2.2mm，E_P＝73GPa，α＝5.4×10^-7℃^-1)被利用。工件经过PPB之后的PV高度相对于一个沥青小球(r＝25mm)和三个沥青小球（s＝50mm；r＝10mm)的过度冷却程度而变化的图。多个沥青小球的使用显著地减少了工件的PV高度。

图22B是根据本发明的一个实施例的工件峰谷高度随沥青小球半径而变化的图。沥青小球半径撞击工件PV高度，如图22B所示，其揭示了单个小球情况、不同的沥青数量、厚度和热膨胀系数(ΔT＝54℃)引起的PV高度的变化。

图22C是根据本发明的一个实施例的标准化工件峰谷高度随沥青小球偏移量变化的图。图22C中，经过PPB处理之后的PV高度通过讲其划分为相关全部的在微米级的小球面积实现了标准化，并根据小球之间分开的距离(dm)而变化，在毫米级上测量3个小球和9个小球的情况。在3个小球的案例中，沥青小球的尺寸从半径10mm到半径20mm变化。沥青小球的参数是ΔT＝54℃；t＝1mm；Ep＝0.22GPa；α_P＝54×10^-6℃^-1。图22C中的曲线代表了适合计算数据的经验曲线。

图22D是根据本发明的一个实施例，工件峰谷高度相对于相关全部沥青小球面积的图。图22D显示了经过PBB处理后3个和9个小球的情况，小球之间的间距被保持在大于20mm的值。图22D中的直线代表了计算数据的经验拟合曲线。

图23是根据本发明一个实施例的简要原理图，说明了沥青小球粘结的参数。PBB参数包括各自的模数(Ep和Ew)，热膨胀系数（α_p和α_w)，以及沥青小球和工件的厚度(t_p和t_w)。PBB参数同时还包括沥青小球的半径(r_p)，工件的半径(r_w)，沥青小球中心之间的分离量(s)，沥青小球之间的间距(d_m)。沥青小球的总数用N表示。当其适用于一些特殊的应用时，沥青小球可以有一致的尺寸或变化的尺寸。因此，在本文描述的方法和系统中利用材料和几何参数。

图24A和24B是根据本发明一个实施例的适用于光学元件的优化沥青小球粘结模式的图。在图24A中，优化的PBB模式显示的是直径100mm的熔融石英工件(比如样本S18-S20)。在图24B中，优化的PBB模式显示的是直径100mm的磷酸盐玻璃工件(比如样本P1-P2)。

图25A是根据本发明的一个实施例的工件峰谷高度随小球之间间距的变化的图。图25A显示了熔融石英工件(比如，100mm直径x2.2mm厚度FS光学元件)在多个PPB配置下使用沥青材料相对于小球间距的表面形状变化。图25B是根据本发明的一个实施例的工件峰谷高度相对于面积百分比的图。熔融石英和磷酸盐玻璃工件(比如，100mm直径x2.2mm厚工件)相对于面积百分比在多个PPB配置下(N＝l1和dm＞20mm)的表面形状变化。图25B中的点代表测量数据，直线代表α_p＝2.4 10^-6℃^-1拟合曲线。

图26所示的简化流程图揭示了一种根据本发明的实施例确定沥青小球粘结参数的方法。该方法包括确定峰谷(PV)高度值(2610)，确定相对小球面积的值(2612)。在该实施例中，PV高度值可以是根据尺寸测量的最小能接受的PV高度(比如0.05μm)，或者根据通过光学元件发射的光线的波长(比如λ/10)。相对沥青面积的值(可以被称作面积常量)可以近似为PV高度的变化量乘以沥青的固体层(比如，C＝1.0μm)。面积常数C在一些实施例中，可以由PV高度的测量值乘以固体沥青层决定，对一种基于处理条件(ΔT＝54℃)、热膨胀系数(比如，α_p=54×10^-7℃^-1)，模数(比如，E_p＝0.22GPa)，沥青厚度(t_p＝1.0mm)等等的给定的材料系统地是有效的。典型的，面积常数的值可以

换算为：C＝Δα-ΔT·t_p’，

其中，Δα是沥青和工件材料之间热膨胀系数的改变，ΔT是从Tg到室温下降的温度，t_p是沥青厚度。对本领域技术人员来讲是显而易见的，改变沥青或工件将会导致C的改变和观察的偏差，因为，例如，磷酸盐玻璃具有比熔融石英更高的热膨胀系数。同时也应该注意到，熔融石英的挠曲是凸出的，同时磷酸盐玻璃的挠曲是凹陷的。在一些实施例中，为了提高工件和衬底之间的界面，最大化面积覆盖度是有利的。

该方法还包括计算沥青相对面积(Ar)的步骤(2614)，计算公式如下

其中，作为一个实例，PV_s＝0.05μm，C＝1.0μm，Ar＝0.05。

该方法还包括计算小球半径(rp)的步骤(2616)，使用下面的公式：

继续沿用上面的例子，d_m＝23.1mm，r_p＝3.4mm。

该方法还包括计算沥青小球数量(N)的步骤(2618)，上述小球可以被均匀地间隔开。N个沥青小球被应用在工件上(2620)，为了将沥青小球联接到工件，要依照使用本方法计算的参数。如图19B所示沥青小球可以被应用于粘性的和或保护性的如带一样的材料，或者其他适合被联接至工件的材料。然后，工件通过联接到衬底的N个沥青小球被安装到衬底上(2622)，比如光学平面，包括不锈钢、铝、它们的组合或者类似的材料。

应该意识到图26中所示的这些具体步骤提供了一种根据本发明的实施例得出的确定沥青小球粘结参数的特定方法。这些步骤的其他次序也可以根据可选择的实施例来完成。例如，本发明可选择的实施例可以用不同的次序完成上面的步骤。此外，图26中所示的单独的步骤可以包括多个子步骤，可以以不同的次序被完成，就像适合作为一个单独的步骤一样。此外，对于特定的应用，额外的步骤可以被加入或移除。本领域普通技术人员应该认识到多种变化、改进和可选择性。

可以理解的是，前述对本发明的例子和优选实施方式的描述仅仅为了说明的目的，根据其的各种改进或改变被用来向本领域的技术人员提供建议，并且包含在本发明的精神、申请的范围和附加权利要求的范围之内。

Claims (32)

1.一种用于抛光光学元件的抛光系统，该抛光系统包括：

具有径向尺寸的抛光垫；以及

隔板，所述隔板被布置在所述抛光垫上并且被构造成用以部分地围绕所述光学元件，其中，所述光学元件在所述径向尺寸的范围内接触所述抛光垫，并且所述抛光垫的磨损率在所述径向尺寸的范围内相对于径向尺寸基本上是不变的。

2.如权利要求1所述的抛光系统，其中，所述光学元件包括圆形透镜。

3.如权利要求1所述的抛光系统，其中，所述隔板包括：

结构层；

柔性层；和

抛光层。

4.如权利要求3所述的抛光系统，其中，所述结构层的密度比所述柔性层或所述抛光层的密度更高。

5.如权利要求3所述的抛光系统，其中，所述光学元件包括光学材料，并且所述抛光层包括所述光学材料。

6.如权利要求5所述的抛光系统，其中，所述光学材料包含熔融石英。

7.如权利要求1所述的抛光系统，其中，所述抛光垫是可操作的，以便接收抛光液，所述抛光液包括添加剂和放入熔剂中的研磨剂成分。

8.如权利要求7所述的抛光系统，其中，所述添加剂包括表面活性剂。

9.如权利要求8所述的抛光系统，其中，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂。

10.如权利要求8所述的抛光系统，其中，所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂。

11.如权利要求1所述的抛光系统，还包括围绕所述抛光垫的腔室，所述腔室的湿度高于周围环境的湿度。

12.如权利要求11所述的抛光系统，其中，所述湿度基本上是100％。

13.如权利要求1所述抛光系统，其中，所述光学元件的峰谷高度在预设的抛光时间后稳定在固定值处。

14.一种高湿度抛光系统，所述抛光系统包括：

抛光单元，所述抛光单元包括抛光垫；

抛光液传送系统，所述抛光液传送系统是可操作的，以向所述抛光垫提供抛光液；以及

包围所述抛光单元的外壳，其中，所述外壳内的湿度足以防止所述抛光液大体上变干。

15.如权利要求14所述的高湿度抛光系统，其中，所述外壳内的湿度高于周围环境的湿度。

16.如权利要求15所述的高湿度抛光系统，其中，所述外壳内的湿度基本上是100％。

17.如权利要求14所述的高湿度抛光系统，其中，所述抛光液包括溶剂、放入溶剂中的研磨剂成分以及放入溶剂中的添加剂。

18.如权利要求14所述的高湿度抛光系统，其中，所述抛光单元还包括隔板，所述隔板邻近所述抛光垫布置并且构造成用以部分地围绕光学元件，所述光学元件在所述抛光垫的径向尺寸范围内接触所述抛光垫，并且所述抛光垫的磨损率在所述径向尺寸范围内相对于径向尺寸基本上是不变的。

19.如权利要求18所述的高湿度抛光系统，其中，所述抛光液包括溶剂、放入溶剂中的研磨剂成分以及放入溶剂中的表面活性剂。

20.一种用于抛光光学元件的抛光液系统，所述抛光液系统包括：

溶剂；

放入溶剂中的研磨剂成分；以及

放入溶剂中的表面活性剂。

21.如权利要求20所述的抛光液系统，其中，所述溶剂包括水。

22.如权利要求20所述的抛光液系统，其中，所述研磨剂成分至少包括二氧化铈或Hastilite Po之一。

23.如权利要求20所述的抛光液系统，其中，所述表面活性剂包括阴离子型表面活性剂。

24.如权利要求23所述的抛光液系统，其中，所述阴离子型表面活性剂至少包括μ-90或十二烷基硫酸铵之一。

25.如权利要求20所述的抛光液系统，其中，所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。

26.如权利要求20所述的抛光液系统，还包含螯合剂。

27.一种将工件安装至衬底的方法，该方法包括：

确定峰谷高度值；

确定与沥青面积相关的值；

计算沥青的相对面积；

计算小球半径；

计算沥青小球的数量；

将N个沥青小球联接到工件；以及

将N个沥青小球联接到衬底。

28.如权利要求27所述的方法，其中，所述峰谷高度值取决于与固体沥青层相关的峰谷高度的测量结果。

29.如权利要求27所述的方法，其中，沥青的相对面积等于与沥青面积相关的值除峰谷高度值。

30.如权利要求27所述的方法，其中，N个沥青小球之间的间距基本上是一致的。

31.如权利要求27所述的方法，其中，将N个沥青小球联接到工件包括将N个沥青小球施加到被联接到工件的带层。

32.如权利要求27所述的方法，其中，所述工件包括光学元件并且所述衬底包括光学平面。

Images