大口径轻质反射镜坯的制造

　　1　引　言

　　随着科学技术的发展,大口径反射镜在空间光学、天文观察、高功率激光技术等诸领域都获得了重要的应用。因此,大口径反射镜的制造已经成为当代科 技前沿不可或缺的关键支撑技术。随着反射镜的口径加大,其自重而引起的光学面形的变化就显得格外突出,而光学面形的质量则直接影响系统的光学质量。因此, 解决大口径反射镜自重变形问题是研制大型光学系统的关键技术之一。解决这一问题的方法就是采用不同的方式减轻大口径反射镜的质量。

　　就采用玻璃材料制作轻质反射镜而言,主要有以下种方法,即:浇铸成型法[1]、高温熔接[2]或熔接物封接法[3]、机械减重法[4]。浇铸成 型法是在高温下将熔融的玻璃注入模具,形成需要的反射镜坯形状,待温度逐渐下降,玻璃液转为固体而得到反射镜坯。浇铸成型法存在的最大问题是制作过程中易 产生气泡,尤其是出现在反射面的气泡,它将使反射面难以达到规定的光学面形要求。高温熔接法和熔接物封接法的共同特点是反射镜由反射板、底板和蜂窝夹芯层 三部分组成。蜂窝夹芯层是轻型反射镜的骨架,制作符合刚性和减重要求的蜂窝夹芯层,是轻质反射镜研制的重要环节。该方法主要的不足之处是蜂窝单元的尺寸精 确性和一致性较差,在焊接部位可能会有些缺陷,如气泡、气线等。另外,熔接后镜坯的精密退火工艺制约了残余应力程度,往往给后续镜面加工带来一定困难。机 械减重法包括机械钻铣减重法、水刀切割减重法和超声波减重法[5]。水刀切割法的工作原理是:水在高压气泵的作用下产生几千Kg/cm2的压力,高压水通 过1 mm级孔径的喷孔产生一个高真空,将金钢砂磨料吸入水中,饱含金刚砂磨料的高压水流从喷嘴高速喷出,喷射到指定的地方实现材料的去除。超声波减重法是使磨 料悬浮液中的磨粒在超声振动下的冲击、抛磨和空化作用下实现对镜坯的切蚀。由于利用超声波去除材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用,所以容易产生向镜面发 展的微裂纹,且由于裂纹较深,不易处理。机械钻铣减重法则是通过金钢石钻头的高速机械转动对玻璃进行机械磨削,逐步在镜坯背部钻铣成各种形状的盲孔,实现 减重,从而形成背部呈蜂窝状结构的大口径轻质反射镜镜坯。机械钻铣加工完成后还需进行旨在消除残余加工应力与微裂纹的化学处理。本文介绍的大口径反射镜就 是采用机械钻铣减重法制造的。

　　2　大口径轻质反射镜坯制造

　　2.1　镜坯材料与结构

　　2.1.1　技术要求

　　应用于一个大型光学系统的大口径反射镜轻质镜坯的技术要求是: