CN113909696A - 镜面加工装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种镜面加工装置，包括：控制模块、激光发射模块以及固定模块，固定模块用于固定待加工样品。控制模块用于控制固定模块将待加工样品调整至固定模块的预设移动轨迹的预设位置上，当待加工样品位于预设位置时，控制模块向激光发射模块发送第一指令指示激光发射模块根据预设的激光发射功率以及激光发射时长向待加工样品发射激光，以通过激光的照射使得目标加工区域形成凹面，通过上述方法加工得到的镜面曲率半径小于预设曲率半径阈值。本申请的镜面加工装置加工的得到的镜面，曲率半径小，表面粗糙度低。运用在光学谐振腔中，制造光场，能够减小光在光学谐振腔中的散射率，提高光与原子的耦合强度，进一步提高输出的量子信息的保真度。

Description

镜面加工装置

技术领域

本申请涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种镜面加工装置。

背景技术

光和原子携带的量子信息广泛应用于在量子光学、量子计算、精密测量、量子通信等多领域。但由于原子的散射截面很小，若通过光直接照射原子，原子与光耦合强度非常小。光学谐振腔，通过放置两面凹面反射镜，使得透射入腔中的光在凹面反射镜中来回反射。通过将原子放置于光学谐振腔中的方式，可以极大增强原子与光的耦合，进而提升量子信息的保真度、精密测量的精度等。光学谐振腔的凹面反射镜，通常是将镜胚经过抛光加工，然后镀上高反射率膜得到。凹面反射镜的镜胚质量将影响光学谐振腔的光场模式、线宽、光的损失率等重要参数，进而影响原子与光的耦合强度。为了提高原子与光的耦合强度，需要镜胚具有尽可能小的曲率半径、大的有效面积以及低的表面粗糙度。

现有技术，光学谐振腔中的凹面反射镜一般由机械抛光技术制作而成，机械抛光的方法制作的凹面反射镜无法满足上述要求，所以亟待需要一种新的加工装置或者方法加工出满足上述要求的镜胚。

发明内容

基于此，本申请提供了一种镜面加工装置，其制作出来的镜面曲率半径小，粗糙度低，对其镀上高反射率膜后应用在光学谐振腔中，能够减小光在光学谐振腔中的散射率，提高光学谐振腔的精细度，提高光与原子的耦合强度。

本申请提供了一种镜面加工装置，该装置包括：控制模块、激光发射模块以及固定模块，固定模块用于固定待加工样品，

控制模块，用于控制固定模块将待加工样品调整至固定模块的预设移动轨迹的预设位置上，待加工样品在预设位置接收到的激光发射模块发射的激光的强度大于待加工样品在预设移动轨迹的其他位置接收到的激光发射模块发射的激光的强度；

控制模块，还用于在待加工样品位于预设位置时，向激光发射模块发送第一指令，第一指令携带激光发射频率和激光发射时长；

激光发射模块，用于根据激光发射频率和激光发射时长向待加工样品发射激光，以使待加工样品的表面形成凹面得到镜面；镜面的曲率半径小于预设曲率半径阈值。

在其中一个实施例中，上述激光发射模块包括激光发射器和聚焦透镜，聚焦透镜设置在激光发射器与待加工样品之间的激光发射器发射激光的光路上；

激光发射器，用于接收控制模块的第一指令，向待加工样品发射激光；

聚焦透镜，用于将激光会聚至预设位置。

在其中一个实施例中，上述固定模块上设置有压电陶瓷，待加工样品设置在压电陶瓷上，

压电陶瓷，用于在控制模块的控制下调整待加工样品的位置。

在其中一个实施例中，上述装置还包括图像采集模块，

图像采集模块，用于在控制模块的控制下对凹面的图像进行采集并发送给控制模块；

控制模块，还用于根据表面重建算法对图像采集模块采集的图像进行处理，得到所述凹面的三维形貌。

在其中一个实施例中，上述控制模块，还用于控制固定模块将待加工样品调整至初始位置；

控制模块，还用于在待加工样品位于初始位置时，控制激光发射模块向待加工样品发射激光，以使在待加工样品的表面形成初始凹面；

控制模块，还用于控制图像采集模块采集初始凹面的图像，并根据初始凹面的三维形貌，控制固定模块将待加工样品从初始位置移动至预设位置。

在其中一个实施例中，上述图像采集模块包括光源、干涉仪以及相机，干涉仪设置在光源的光路上，干涉仪位于相机与待加工样品之间，

光源，用于在控制模块的控制下向干涉仪发射非相干光；

相机，用于在干涉仪内部发生干涉后，在控制模块的控制下采集凹面的图像。

在其中一个实施例中，上述控制模块，还用于向压电陶瓷发送第二指令，第二指令携带多个不同的工作电压；

压电陶瓷，用于在多个不同的工作电压的作用下产生不同的形变，以改变待加工样品在压电陶瓷的位置，以使相机采集待加工样品在压电陶瓷的不同位置时凹面的多张图像。

在其中一个实施例中，上述控制模块包括控制器和信号发生器，控制器用于将控制指令输入信号发生器，以通过信号发生器发送指令。

在其中一个实施例中，上述激光发射模块发射的激光为单次脉冲激光或者序列脉冲激光。

在其中一个实施例中，上述装置还包括激光切换模块，激光切换模块设置在激光发射器与聚焦透镜之间的激光发射器发射激光的光路上，

激光切换模块，用于在控制模块的控制下开通或者切断激光发射器与聚焦透镜之间的发射激光的光路。

本申请提供的镜面加工装置，该装置包括：控制模块、激光发射模块以及固定模块，固定模块用于固定待加工样品。控制模块用于控制固定模块将待加工样品调整至固定模块的预设移动轨迹的预设位置上，其中，待加工样品的目标加工区域在预设位置接收到的激光发射模块发射的激光的辐照面积和光强密度大于待加工样品在预设移动轨迹的其他位置接收到的激光发射模块发射的激光的辐照面积和光强密度，当待加工样品位于预设位置时，控制模块向激光发射模块发送第一指令指示激光发射模块根据预设的激光发射功率以及激光发射时长向待加工样品发射激光，以通过激光的照射使得目标加工区域形成凹面，通过上述方法加工得到的镜面曲率半径小于预设曲率半径阈值。本申请的待加工样品的目标加工区域在预设位置能够接收到辐照面积和光强密度大的激光，目标加工区域在激光的作用下经过熔融、升华、重新凝固的过程后形成凹面，且由于待加工样品除目标加工区域外的其它位置接收到的激光光强密度小于目标加工区域的光强密度，所以待加工样品的其它位置较目标加工区域熔融的程度低于目标加工区域熔融的程度，那么目标加工区域形成的凹面内壁倾斜度较大，也即该凹面的曲率半径较小；同时，待加工样品在熔融、升华后进行重新凝固的过程中基于表面张力的作用重新分布，能够形成一个光滑的曲面，所以本申请提供的装置制作的镜面曲率半径小，表面粗糙度低。运用在光学谐振腔中，增强光场，能够减小光在光学谐振腔中的散射率，提高光与原子的耦合强度，进一步提高输出的量子信息的保真度。

附图说明

图1为一个实施例中镜面加工装置的结构框图；

图2为另一个实施例中镜面加工装置的结构框图；

图3为另一个实施例中镜面加工装置的结构框图；

图4为另一个实施例中镜面加工装置的结构框图；

图5为另一个实施例中镜面加工装置的结构框图；

图6为另一个实施例中镜面加工装置的结构框图；

图7(a)为熔融石英基材表面加工前的微观图；

图7(b)为熔融石英基材表面加工后的微观图；

图8(a)为熔融石英基材表面加工后的俯视图；

图8(b)为熔融石英基材表面加工后的横截面图；

图8(c)为加工后的熔融石英基材与标准球面的差值图。

附图说明：

11、控制模块； 12、激光发射模块； 13、固定模块；

14、压电陶瓷； 15、图像采集模块； 111、控制器；

112、信号发生器； 121、激光发射器； 122、聚焦透镜；

151、相机； 152、干涉仪； 153光源。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供了一种镜面加工装置，如图1所示，该装置包括：控制模块11、激光发射模块12以及固定模块13，固定模块13用于固定待加工样品，

控制模块11，用于控制固定模块13将待加工样品调整至固定模块13的预设移动轨迹的预设位置上，待加工样品的目标加工区域在预设位置接收到的激光发射模块12发射的激光的辐照面积和光强密度大于待加工样品在预设移动轨迹的其他位置接收到的激光发射模块12发射的激光的辐照面积和光强密度；

控制模块11，还用于在待加工样品位于预设位置时，向激光发射模块12发送第一指令，第一指令携带激光发射功率；

激光发射模块12，用于根据激光发射功率向待加工样品发射激光，以使目标加工区域形成凹面得到镜面；镜面的曲率半径小于预设曲率半径阈值。

其中，控制模块11可以是具有信号收发功能、信号处理、数据处理、图像处理等功能的设备或者装置，例如控制模块11为上位机、个人计算机、笔记本电脑、服务器等。激光发射模块12可以是能够发射激光的装置或者设备，例如激光发射模块12为光纤发射器、气体激光器、化学激光器、自由电子激光器等。固定模块13可以是包括机械臂、机械手、夹具、紧固件等固定结构，固定模块13还可以包括滑轨、伸缩杆、旋转台等用于调整固定结构位置的结构。待加工样品为制作镜面的基材，例如待加工样品为熔融石英基材、Zerodur基材等，基材的形状可以是正方形、长方形、圆形等。对此本申请不加以限定。还需要说明的是，预设曲率半径阈值可以是根据市面上已有的凹面镜的曲率半径确定，或者，根据现有光学谐振腔中使用的凹面镜的曲率半径确定，例如现有的光学谐振腔中使用的凹面镜的曲率半径为3mm，那么预设曲率半径阈值就可以设置为3mm。本申请提供的镜面加工装置制作得到的凹面镜的曲率半径的范围可以达到0.1mm-2mm，其会聚光线的能力强，能够使得光在光场中的散射率小。

可选地，本申请提供的待加工样品可以是先进行机械加工得到的初始基材，对待加工样品进行机械加工的方式可以是对待加工样品进行切割、打磨、打标等操作，在对待加工样品进行加工前先通过机械加工的方式对待加工样品进行初步的加工，有利于对待加工样品的后续处理，能够更快的得到所需的镜面，同时，镜面加工的质量更高。

控制模块11设置在本申请中，用于向激光发射模块12发送第一指令，控制激光发射模块12发射激光，控制模块11向激光发射模块12发送的第一指令中可以携带激光激光发射功率和激光发射时长等信息，以使激光发射模块12按照预设激光发射功率以及预设激光发射时长发射激光，使得激光发射模块12发射的激光可控，便于根据实验、加工等具体应用场景的需求对激光发射模块12发射激光的参数进行对应的调整，得到所需的激光。控制模块11，还用于向固定模块13发送控制指令，以使固定模块13根据控制指令按照预设的移动轨迹进行位置的调整，预设的移动轨迹可以为移动坐标信息，以使固定模块13按照预设的移动坐标移动到所需的位置，便于固定模块13更加精确的进行位置的调整。

激光发射模块12设置在本申请中，用于在控制模块11的控制下向待加工样品发射激光，以使待加工样品的目标加工区域在激光的照射下形成满足要求的凹面。例如激光发射模块12为二氧化碳激光器，待加工样品为熔融石英基材，由于熔融石英基材对二氧化碳激光的红外中波段有较强的吸收性能，所以熔融石英基材在二氧化碳激光器发射的激光的照射下，能够变成熔融状态，熔融状态的二氧化硅受到表面张力的作用，在重新凝固的过程中会重新分布，形成一个超抛光的曲面，所以通过二氧化碳激光加工熔融石英基材能够生产出表面粗糙度低的凹面镜，示例性的，如图7(a)和图7(b)所示，图7(a)为通过显微镜观察得到的熔融石英基材表面加工前的微观图，7(b)为通过显微镜观察得到的熔融石英基材表面加工后的微观图，根据图像的参数信息，可以得到加工前的熔融石英基材表面原子的高度范围在-3.8nm-9.3nm之间，而加工后的的熔融石英基材表面原子的高度范围在-1.0nm-1.1nm之间，其表面的粗糙度明显的降低。且计算得到的熔融石英基材表面加工前的轮廓算术平均偏差为0.514nm，熔融石英基材表面加工后的轮廓算术平均偏差为0.264nm，可见通过本申请提供的装置对熔融石英基材加工后得到的镜面表面粗糙度更低，抛光效果更好。激光发射模块12发射的激光的功率可以调节，在对待加工样品进行加工时，选择合适的激光功率对待加工样品进行加工以在待加工样品目标加工区域的表面形成深度值较大的凹面，进而能够得到小曲率半径的凹面，使得得到的凹面镜对光线的会聚程度越好。需要说明的是，对激光发射模块12发射合适的激光功率的确定，可以是根据多次试验获得，在进行对待加工样品进行加工的过程中，可以是逐渐的减小激光的发射功率，直到将激光的发射功率降为零，这样可以延长目标加工区域熔融状态的时间，使得目标加工区域充分的熔融，同时，可以缓解目标加工区域的内部分子从接收高光强密度的激光到无激光照射的陡然变化带来的运动轨迹混乱的情况，使得目标加工区域的内部分子能够按照规律的轨迹运动，形成表面粗糙度更低的凹面。

固定模块13设置在本申请中，用于固定待加工样品，可以通过夹持部将待加工样品进行夹持固定，可以通过紧固件将待加工样品紧固后固定，还可以是通过吸盘对待加工样品进行吸附等方式将待加工样品进行固定，本申请对此不加以限定。固定模块13在本申请中的作用不限于固定待加工样品，还可以对待加工样品进行位置的调整，对待加工样品进行位置调整的方式可以为：在固定模块13上设置滑轨，滑轨与固定待加工样品的固定部之间可以是设置有连接部，连接部能够在滑轨上滑动以带动固定部位置的改变；还可以是在固定模块13上设置旋转台，旋转台与固定部之间可以是设置连接部，旋转台能够带动连接部进行旋转以带动固定部位置的改变；还可以是在固定模块13上设置有摆臂，控制模块11控制摆臂摆动的角度以带动固定部位置的改变等，本申请对此不加以限定。

固定模块13可以通过多种形式将待加工样品固定，以及对待加工样品进行位置的调整，目的是使待加工样品能够位于激光发射模块12发射激光的光路上，这样激光才能辐照到待加工样品的表面，对待加工样品的目标加工区域进行加工。同时，为了实现对待加工样品更好的加工，得到本申请所需的低粗糙度、小曲率半径的凹面镜，需要将待加工样品的目标加工区域调整到激光发射模块12发射的激光的会聚处，该会聚处可以是激光会聚后的光腰位置，也可以是临近光腰的位置，本申请选取的预设位置可以是临近光腰的位置，目标加工区域处于临近光腰的位置接收到激光的辐照面积比在光腰处的大，虽然接收到激光的光强密度小于目标加工区域在光腰的位置的光强密度，但是比除光腰之外的其它位置上的光强密度大，既能满足辐照面积的要求，又能满足光强密度的要求。待加工样品的目标加工区域设置在激光的会聚处，其接收到的激光的光强密度较大；由于待加工样品的目标加工区域的表面在接收激光强度大的激光照射后，目标加工区域范围接收到的激光的光强密度高于目标加工区域之外的激光的光强密度，所以在目标加工区域的表面能够形成深度值较大的凹面，该凹面的曲率半径较小，进而可以得到低粗糙度、小曲率半径的凹面镜。对于待加工样品位置的确定，详见下述说明，在此不做赘述。

本申请提供的镜面加工装置，该装置包括：控制模块、激光发射模块以及固定模块，固定模块用于固定待加工样品。控制模块用于控制固定模块将待加工样品调整至固定模块的预设移动轨迹的预设位置上，其中，待加工样品的目标加工区域在预设位置接收到的激光发射模块发射的激光的辐照面积和光强密度大于待加工样品在预设移动轨迹的其他位置接收到的激光发射模块发射的激光的辐照面积和光强密度，当待加工样品位于预设位置时，控制模块向激光发射模块发送第一指令指示激光发射模块根据预设的激光发射功率以及激光发射时长向待加工样品发射激光，以通过激光的照射使得目标加工区域形成凹面，通过上述方法加工得到的镜面曲率半径小于预设曲率半径阈值。本申请的待加工样品的目标加工区域在预设位置能够接收到辐照面积和光强密度大的激光，目标加工区域在激光的作用下经过熔融、升华、重新凝固的过程后形成凹面，且由于待加工样品除目标加工区域外的其它位置接收到的激光光强密度小于目标加工区域的光强密度，所以待加工样品的其它位置较目标加工区域熔融的程度低于目标加工区域熔融的程度，那么目标加工区域形成的凹面内壁倾斜度较大，也即该凹面的曲率半径较小；同时，待加工样品在熔融、升华后进行重新凝固的过程中基于表面张力的作用重新分布，能够形成一个光滑的曲面，所以本申请提供的装置制作的镜面曲率半径小，表面粗糙度低。运用在光学谐振腔中，增强光场，能够减小光在光学谐振腔中的散射率，提高光与原子的耦合强度，进一步提高输出的量子信息的保真度。

在一个实施例中，如图2所示，本实施例是激光发射模块12的一种可能结构实施例，具体地，激光发射模块12包括激光发射器121和聚焦透镜122，聚焦透镜122设置在激光发射器121与待加工样品之间的激光发射器121发射激光的光路上；

激光发射器121，用于接收控制模块11的第一指令，向待加工样品发射激光；

聚焦透镜122，用于将激光会聚至预设位置。

其中，激光发射器121用于在控制模块11发送的第一指令的控制下，向待加工样品发射激光。激光发射器121中可以设置用于信号收发的元器件，用于与控制模块11进行交互；激光发射模块12还可以是设置独立于激光发射器121的控制器111，该控制器111用于与本申请中的控制模块11进行交互，接收控制模块11发送的指令，并根据该指令控制激光发射器121的工作。本申请对此不加以限定。聚焦透镜122例如为硒化锌平凸透镜、正凹凸透镜、非球面镜等，聚焦透镜122在本申请中的作用是将激光发射器121发射的激光进行会聚，并将会聚后的激光透射至预设位置，由于待加工样品处于预设位置，所以会聚后的激光能够辐照到待加工样品的表面，以对待加工样品进行加工。

本申请实施例提供了一种镜面加工装置，该装置中的激光发射模块12包括激光发射器121以及聚焦透镜122，激光发射器121能够在控制模块11的控制下向待加工样品发射激光，激光发射器121发射的激光经过聚焦透镜122的会聚透射至待加工样品的表面，使得待加工样品的表面能够接收到强度较高的激光，有利于形成小曲率半径的凹面镜。

在一个实施例中，如图3所示，本实施例是镜面加工装置的一种可能结构的实施例，具体地，上述镜面加工装置还包括压电陶瓷14，该压电陶瓷14设置在固定模块13与待加工样品之间。

其中，压电陶瓷14是一类具有压电特性的电子陶瓷材料，通过控制模块11为压电陶瓷14施加电压，压电陶瓷14在电压的作用下产生机械应力，该机械应力能够引起压电陶瓷14产生机械形变。

压电陶瓷14设置在本申请中，用于基于压电陶瓷14的上述特性对待加工样品的位置进行精确的调整，使得对待加工样品的加工更加的精准，加工得到的待加工样品更符合生产需求。

在一个实施例中，如图4所示，本实施例是镜面加工装置的一种可能结构的实施例，具体地，上述镜面加工装置还包括图像采集模块15，

图像采集模块15，用于在控制模块11的控制下对凹面的图像进行采集并发送给控制模块11；

控制模块11，还用于根据表面重建算法对图像采集模块15采集的图像进行处理，得到凹面的三维形貌。

其中，图像采集模块15可以是能够实现采集图像的装置或者设备，图像采集模块15例如为照相机、摄像机、视频采集卡等设备。表面重建算法(TSDF，truncated signeddistance function)能够将从不同光程下拍得的干涉图样照片重构出表面三维形貌的算法。

镜面加工装置设置图像采集模块15一方面用于获取待加工样品生成的凹面的图像，以使控制模块11根据图像采集模块15采集的图像信息得到凹面的三维形貌，通过凹面的三维形貌对加工后的凹面镜进行检验，判断其是否符合加工要求；另一方面，对待加工样品进行初始加工时，图像采集模块15用于辅助上述镜面加工模块确定待加工样品放置的位置，以便激光发射器121发射的激光能够辐照到待加工样品的表面，同时使得待加工样品的表面能够接收到强度较高的激光。

控制模块11还用于接收图像采集模块15发送的图像，图像采集模块15可以是向控制模块11发送多张图像，控制模块11利用表面重建算法对多张图像进行处理，得到凹面的三维形貌。控制模块11可以是根据凹面的三维形貌对凹面的加工质量进行检验，另一方面，控制模块11可以在加工初期，根据得到的初始凹面调整激光的功率、待加工样品的位置，以确定上述预设位置，使得激光发射器121发射的激光的辐照面积和光强密度均比较大。

本申请实施例提供了一种镜面加工装置，该装置设置图像采集模块15，用于采集凹面的图像，以便控制模块11根据构建的凹面的三维形貌对待加工样品的加工结果进行检验，并为确定待加工样品的预设位置提供数据支持，使得对待加工样品的加工更加的精细，有利于提高符合加工要求的凹面镜的合格率。

在一个实施例中，上述控制模块11，还用于控制固定模块13将待加工样品调整至初始位置；

控制模块11，还用于在待加工样品位于初始位置时，控制激光发射模块12向待加工样品发射激光，以使在待加工样品的表面形成初始凹面；

控制模块11，还用于控制图像采集模块15采集初始凹面的图像，并根据初始凹面的三维形貌，控制固定模块13将待加工样品从初始位置移动至预设位置。

其中，确定待加工样品预设位置的具体步骤包括：首先，可以根据经验确定一个初始位置，控制模块11控制固定模块13将待加工样品移动到初始位置，控制模块11控制激光发射模块12通过聚焦透镜122向待加工样品发射激光，基于试验寻找预设位置的目的，此时激光的发射时长较短；待加工样品经过激光的辐照先融化，后由于表面张力的作用重新凝固形成一个凹面；然后，控制模块11控制固定模块13将形成凹面的待加工样品移动到图像采集模块15对凹面进行图像采集，控制模块11根据图像采集模块15采集的图像构建凹面的三维形貌，判断该凹面的曲率半径是否小于预设曲率半径阈值，若超出预设曲率半径较大，那么可以预先确定一个移动轨迹，控制模块11按照该移动轨迹控制固定模块13调整待加工样品的位置，按照预设的移动轨迹每调整一次待加工样品的位置，通过图像采集模块15获取一次凹面的图像，控制模块11判断一次凹面的曲面半径是否小于预设曲面半径阈值，将待加工样品在激光发射模块12和图像采集模块15之间移动，直到控制模块11判断形成的凹面的曲面半径小于预设的曲面半径，则将待加工样品固定在预设位置，对待加工样品进行持续的单脉冲辐照或者序列脉冲幅值，直到对待加工样品加工完成。

本申请提供的镜面加工装置，在加工初期，通过图像采集模块15的辅助，使得控制模块11能够根据图像采集模块15采集的图像快速的确定待加工样品的预设位置，缩短了加工的时间，提高了加工的效率，使得待加工样品能够在预设位置接受激光强度最高的激光辐照，以形成本申请所需的低粗糙度、小曲率半径的凹面镜。

在一个实施例中，如图5所示，本实施例是图像采集模块15一种可能的结构实施例，具体地，图像采集模块15可以包括光源153、干涉仪152以及相机151，干涉仪152设置在光源153的光路上，干涉仪152位于相机151与待加工样品之间，

光源153，用于在控制模块11的控制下向干涉仪152发射非相干光；

相机151，用于在干涉仪152内部发生干涉后，在控制模块11的控制下采集凹面的图像。

其中，光源153可以是能够向干涉仪152发射非相干光的装置或者设备，例如光源153为LED光源153。干涉仪152是能够在光源153的照射下发生干涉现象的装置或者设备，干涉例如可以是仪迈克尔逊干涉仪152(Michelson interferometer)，斐索干涉仪152(Fizeau interferometer)，马赫-曾德尔干涉仪152(Mach-Zehnder interferometer)，米罗干涉仪152(Mirau interferometer)等等。干涉仪152例如包括：透镜、反射镜、分束器，发生干涉的原理为：透镜接收到光源153非相干光，非相干光经过透镜会聚由分束器分成两束，一束经待加工样品表面形成的凹面反射，另一束由反射镜反射，两束光产生干涉。例如本申请选用的是米罗干涉仪152，米罗干涉仪152是分振幅干涉仪152，经透镜汇聚的平行光会在分束器上透射一半、反射一半。透射的光经待待加工样品表面反射，反射的光经反射镜反射，二者再在分束器上合为一束返回透镜。选用米罗干涉仪152能够在保持较高放大率的同时占用空间较小，双光束通过同一条路径进行传播、收集，不引入其他误差。

相机151基于干涉仪152发生干涉反应后形成的干涉条纹，对该干涉条纹进行获取，并将获取到的干涉条纹传输给控制模块11，控制模块11能够根据该干涉条纹反推出相位信息，进而构建出凹面的三维形貌。

在一个实施例中，上述控制模块11，还用于向压电陶瓷14发送第二指令，第二指令携带多个不同的工作电压；

压电陶瓷14，用于在多个不同的工作电压的作用下产生不同的形变，以改变待加工样品在压电陶瓷14的位置，以使相机151采集待加工样品在压电陶瓷14的不同位置时凹面的多张图像。

其中，压电陶瓷14设置在本申请中的主要作用是在图像采集模块15获取凹面产生的干涉条纹图像时，通过压电陶瓷14形变，使得待加工样品的位置发生变化，当待加工样品处于不同的位置时，相机151可以获取待加工样品不同角度的干涉条纹图像，便于控制模块11构建凹面的三维形貌。

在一个实施例中，如图6所示，本实施例是控制模块11的一种可能结构的实施例，具体地，控制模块11包括控制器111和信号发生器112，控制器111用于将控制指令输入信号发生器112，以通过信号发生器112发送指令。

其中，信号发生器112是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。信号发生器112又称信号源或振荡器，能够产生如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波等多种波形的电信号。

由于控制器111的信号输出端口存在延时，所以本申请设置了信号发生器112，在控时器需要控制激光发射模块12、固定模块13等工作时，将需要发送的指令预先输入到信号发生器112中，再由信号发生器112直接控制各个设备的运行，保证了信号时序的准确性，提高了加工精度。

在一个实施例中，上述激光发射模块12发射的激光为单次脉冲激光或者序列脉冲激光。

其中，采用单次脉冲激光对待加工样品进行加工时，单次脉冲激光需要的功率较大，打开激光器的时间也较长由于激光高斯光束的功率沿着轴向的不均匀分布，使得沿着轴向正中央从里往外光强递减，进而不同处的融化升华情况不一样，最终在表面张力复杂的作用下，会形成一个中心到边缘深度递减的坑状结构。示例性的，如图8(a)、图8(b)以及图8(c)所示，加工后的熔融石英基材的横截面可由高斯曲线很好的描述，在中心小范围内，又可以用球面进行拟合，拟合后的熔融石英基材表面与标准球面的差距非常小，熔融石英基材的表面平整度非常高，同时，熔融石英基材形成的凹面的曲率半径也小于预设曲率半径阈值。

序列脉冲激光是多个单次脉冲激光的组合，通过序列脉冲激光对待加工样品进行加工，可以在待加工样品表面形成多个高斯曲面，多个高斯曲面组合形成一个大的凹面。其对待加工样品的加工更加的精细，且能够在加工的过程中对激光以及待加工样品的位置进行调整，能够提高产出凹面镜的合格率。

在一个实施例中，上述装置还包括激光切换模块(图中未示出)，激光切换模块设置在激光发射器121与聚焦透镜122之间的激光发射器121发射激光的光路上，

激光切换模块，用于在控制模块11的控制下开通或者切断激光发射器121与聚焦透镜122之间的发射激光的光路。

其中，激光切换模块例如可以是光快门，由于激光发射器121的开关响应不够迅速、并且激光发射器121在由关闭到打开的短时间内功率不稳定，因此为了快速切换激光发射器121的开关状态，在激光发射器121的输出光路上，放置了光快门。

可选的，本申请提供的镜面加工装置还包括水冷装置(图中未示出)，水冷装置用于恒定激光发射器121的温度，以确保激光发射器121正常工作以及输出恒定功率。由于其属于激光发射器121的常规配套设备，本申请对其具体的工作流程不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种镜面加工装置，其特征在于，所述装置包括：控制模块、激光发射模块以及固定模块，所述固定模块用于固定待加工样品，

所述控制模块，用于控制所述固定模块将所述待加工样品调整至所述固定模块的预设移动轨迹的预设位置上，所述待加工样品的目标加工区域在所述预设位置接收到的所述激光发射模块发射的激光的辐照面积和光强密度大于所述待加工样品的目标加工区域在所述预设移动轨迹的其他位置接收到的所述激光发射模块发射的激光的辐照面积和光强密度；

所述控制模块，还用于在所述待加工样品位于所述预设位置时，向所述激光发射模块发送第一指令，所述第一指令携带激光发射功率和激光发射时长；

所述激光发射模块，用于根据所述激光发射功率和所述激光发射时长向所述待加工样品发射激光，以使所述目标加工区域形成凹面得到所述镜面；所述镜面的曲率半径小于预设曲率半径阈值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光发射模块包括激光发射器和聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述激光发射器与所述待加工样品之间的所述激光发射器发射激光的光路上；

所述激光发射器，用于接收所述控制模块的第一指令，向所述待加工样品发射所述激光；

所述聚焦透镜，用于将所述激光会聚至所述预设位置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定模块上设置有压电陶瓷，所述待加工样品设置在所述压电陶瓷上，

所述压电陶瓷，用于在所述控制模块的控制下调整所述待加工样品的位置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括图像采集模块，

所述图像采集模块，用于在所述控制模块的控制下对所述凹面的图像进行采集并发送给所述控制模块；

所述控制模块，还用于根据表面重建算法对所述图像采集模块采集的图像进行处理，得到所述凹面的三维形貌。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制模块，还用于控制所述固定模块将所述待加工样品调整至初始位置；

所述控制模块，还用于在所述待加工样品位于所述初始位置时，控制所述激光发射模块向所述待加工样品发射激光，以使在所述待加工样品的表面形成初始凹面；

所述控制模块，还用于控制所述图像采集模块采集所述初始凹面的图像，并根据所述初始凹面的三维形貌，控制所述固定模块将所述待加工样品从所述初始位置移动至所述预设位置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像采集模块包括光源、干涉仪以及相机，所述干涉仪设置在所述光源的光路上，所述干涉仪位于所述相机与所述待加工样品之间，

所述光源，用于在所述控制模块的控制下向所述干涉仪发射非相干光；

所述相机，用于在所述干涉仪内部发生干涉后，在所述控制模块的控制下采集所述凹面的图像。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块，还用于向所述压电陶瓷发送第二指令，所述第二指令携带多个不同的工作电压；

所述压电陶瓷，用于在所述多个不同的工作电压的作用下产生不同的形变，以改变所述待加工样品在所述压电陶瓷的位置，以使所述相机采集所述待加工样品在所述压电陶瓷的不同位置时所述凹面的多张图像。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器和信号发生器，所述控制器用于将控制指令输入所述信号发生器，以通过所述信号发生器发送指令。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光发射模块发射的激光为单次脉冲激光或者序列脉冲激光。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括激光切换模块，所述激光切换模块设置在所述激光发射器与所述聚焦透镜之间的所述激光发射器发射激光的光路上，

所述激光切换模块，用于在所述控制模块的控制下开通或者切断所述激光发射器与所述聚焦透镜之间的发射激光的光路。

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