Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
Ионное полирование является тонким управляемым процессом, позволяющим осуществлять съем поверхностного слоя материала с высокой точностью (± 1 - 5 %) на заданную глубину и широко используется для удаления с поверхности оптической детали дефектного слоя, неизбежно остающегося после механического шлифования и полирования. Удаление дефектного слоя полностью или частично позволяет приблизить свойства о) Поток ионов
поверхности к свойствам материала в объеме. Это особенно важно при изготовлении поверхностей активных элементов лазеров, при создании бездефектных оптических поверхностей. Для большинства оптических материалов возможно удаление ионной бомбардировкой поверхностного слоя глубиной до 10 мкм и более. Оптическое качество исходной полированной поверхности при этом сохраняется.
Радикальным методом повышения скорости ионной обработки оптических материалов является ионно-химическая обработка — бомбардировка поверхности химически активными ионами.
При ионно-химической обработке оптических материалов одновременно протекают два процесса: физическое
h, мкм
1,4
1,0
0,5
0,2
d""
d, мкм 30
15
Н, мкм
0
10
20
Рис. 7.49 Ионное распыление поверхности при нормальном падении ионного пучка: а — распыление микронеровностей; б — зависимость средней глубины h и среднего размера d сегментов лунок от глубины съема материала;
1,2 — профили микронеровностей до и после ионной обработки; 3 — промежуточные стадии
449
распыление материала и химическое взаимодействие компонентов обрабатываемого материала с активными частицами ионного пучка. Для стекол с силикатной, боратной и фосфатной основами в качестве химически активного элемента наиболее предпочтителен фтор, который образует летучие соединения SiF4, BF3, PF5. Физическое испыле-ние существенным образом стимулирует химические реакции, протекающие на поверхности стекол, поэтому существует сложная функциональная связь между обоими процессами при ионно-химической обработке [7.105]. Для каждой конкретной группы стекол в зависимости от состава стекла выбираются соответствующий состав ионного пучка и энергетический режим обработки. При этом скорость съема поверхностного слоя увеличивается в несколько раз. В табл. 7.28 приведены скорости ионной и ионно-химической обработки оптических стекол, поли-кристаллических кремния и германия в атмосфере различных газов.
Ионная и ионно-химическая обработка применима практически для всех оптических материалов, включая стекла, кристаллы, полупроводники и керамики. Однако в ряде случаев надо учитывать некоторые аспекты, например:
после ионной обработки поверхность детали из полупроводникового материала InSb при запуске в вакуумную камеру воздуха становится матовой. Во избежание этого необходимо перед вскрытием камеры запускать в нее осушенный воздух или аргон;
при обработке ионным пучком оптических материалов, содержащих оксиды тяжелых металлов, происходит восстановление оксида до металла, что приводит к потемнению поверхности детали. Для восстановления прозрачности достаточно обработать деталь ионами кислорода с энергией 2 кэВ в течение 5 мин.
7.13.2. ВЫСОКОТОЧНАЯ РАЗМЕРНАЯ ИОННАЯ ОБРАБОТКА (ВРИО)
Ионная обработка позволяет проводить равномерный съем материала со всей поверхности детали, фиксируя его глубину с точностью ± 1 % при съемках от 0,1 до 10 мкм и с точностью ± 5 % при съемах от 0,01 до 0,05 мкм без контроля глубины съема в процессе обработки. С применением системы оптического контроля за
Таблица 7.28.
СКОРОСТЬ ИОННОЙ И ИОННОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТЕКОЛ В АТМОСФЕРЕ РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВ
Стекло Аргон cf4 SF6
Кварц 1,0 3,6 3,5
К-8 1,2 5,4 4,0
ФК-14 1,2 4,2 4,3
ФК-1 4,0 4,6 4,6
ОФ-1 2,0 3,6 3,6
ОФ-3 1,2 3,6 4,0
ТФ-10 1,5 3,6 4,5
ТФ-1 1,2 3,0 3,5
стк-з 1Д 3,0 3,0
ЛК-5 1,2 4,0 4,2
Si 0,8 1,0 7,5
Ge 1,5 1,8 10,0
450
глубиной ионной проработки обеспечивается точность около 1 % при съемах от десятых долей микрометра до 50 мкм [7.105]. Это позволяет использовать ионную обработку для доводки пластин из оптических материалов до строго заданной толщины, например, кратной длине волны. Таким образом можно изготавливать, например, четвертьволновые пластины.
В том случае когда для создания оптического элемента необходимо провести ионную обработку части поверхности детали, применяют маскирование поверхности. В качестве маски можно использовать лак Ф-32Л, который наносится на всю поверхность образца методом полива или на центрифуге. Затем металлическим резцом вручную или на делительной машине на поверхность лака наносят заданный рисунок, после чего лак легко удаляется с части поверхности, подлежащей обработке. После этого поверхность подвергается ионной обработке. Такая методика позволяет получать заданные рисунки с погрешностью границ 0,1-
0,2 мм. Для более точных рисунков следует применять маски, сформированные на делительных машинах и с применением фотолитографии. В качестве защитных масок для ионной обработки из материалов, используемых в делительной технике, можно применять металлы (алюминий, хром) или сирийский асфальт. Сочетая технику фотолитографии и ионной обработки, можно получать заданные рисунки с минимальным размером элемента до 1,0 мкм.
