光学元件技术要求与检验国际新标准

光学元件技术要求国际新标准及其在我国推行与研究现状1.概况2.背景3.基本内容及简要说明4.值得关注的若干问题5.推行及研究现状6.结论基本内容1概况•神光Ⅱ装置•神光Ⅲ装置规定以ISO10110为基础制定各种技术要求•上海地区光学商贸往来•NIF:1999年7月SPIE会议两条信息：(1)NIF光学图纸均按ISO10110标准实施(2)MIL-0-13830A与ISO10110的转换关系工作需要学习基本内容•ISO10110:共13部分•ISO10110AUser’sGuide•ANSIPH3.617-1980•BS4301:1991•国内一些标准：光学设计手册，19962.背景•组织体系1947年成立ISOTC172－光学元件与光学仪器(1979)(9)SC1－基本标准WG1光学检验WGWG2光学制图WG3环境检验•起草与颁布◊ISO/TC172/SC1/WG2/于1979年起草“光学制图表示法”◊定名为ISO10110◊依据DIN3140差异*表面粗糙度;*干涉波面描述;…..◊1980年4月16日通过◊1996年发布1,2,3,5,6,7,9,101997年发布4,8,11,12,13ISO10110OpticsandOpticalInstruments-PreparationofDrawingforOpticalElementsandSystems.光学元器件与仪器—光学元件及系统图纸绘制该标准文件全面制定了用于光学加工与检验光学元件及系统的技术图纸绘制及其技术要求的总的技术规范。3.基本内容与说明3.1基本内容ISO10110包括十三个部分，大致分四个方面：第一，一般规范：Part1概述第二，光学材料缺陷，包括：Part2应力双折射Part3气泡与杂质Part4非均匀性与条纹第三，表面特性，包括：Part5表面面形偏差Part6中心偏差Part7表面缺陷公差Part8表面微观轮廓第四，其他规定，包括：Part9表面处理与镀膜Part10透镜元件数据的列表表示Part11非公差数据Part12非球面Part13激光辐射损伤阈值3.2一般规范基本规定：波长：546.07nm单位：mm温度：22°±2°视图：阴影线；无阴影线轴线：旋转轴中心线光轴尺寸方面：曲率半径：R，Rcx，Rcc，Rcy特别注意直径或标出e倒棱:0.30.1材料说明：一般说明：厂家玻璃类型国际玻璃编码折射率与阿贝数材料特性：折射率公差透过率均匀性条纹等附加说明：倍率视场焦平面等17项3.3列表说明各部分内容所在部分编码解说ISO10110-20／A0／=材料应力双折射的编码号A=最大光程差（OPD）,以nm/cm为单位ISO10110-31/N×A1/=材料气泡及杂质编码号N=气泡和/或杂质数目A=气泡分级数（尺寸），以mm为单位所允许缺陷最大尺寸截面面积的平方根ISO10110-42/A；B2/=材料非均匀性和条纹编码号，A=非均匀性级数，B=条纹级数弧分34381nΦETDδISO10110-53/A（B/C）;3/（B/C）3/A（-/C）;3/A（B）;3/-;3/A（B/C）RMSX∠Dall￠）3/=表面形状偏差编码号；其余见后说明ISO10110-64/б/τ/б（L）4/定中心偏差编码号б=面倾向τ=胶合楔角L=横向偏移量mmRRETDfL21111ISO10110-75/N×A；CN’×A’LN”×A”；EA”（方法1）5/TV或/TV；EA”5/RV或RV；EA”（方法2）5/=表面缺陷编码号；N=缺陷数目A=级数（缺陷面积的平方根）C=镀膜缺陷标志；N’=镀膜缺陷数目A’=级数（缺陷面积的平方根）E=倒棱标志；A=倒掉棱的尺寸L=长划痕标志；N”=长划痕数目A”=级数（划痕宽度，mm）T=透过检验；V=可见度的级数R=反射检验；E，A”=倒棱，同方法1ISO10110-136/Hth；λ；pdg;fP;NtsxNP（脉冲的）6/Eth;λ；Nts（连续的）6/=激光辐射破坏阈值编码号Hth=能量密度阈值；λ=激光波（nm）pdg=脉冲宽度分组；fP=脉冲重复率；Nts=所需要的检验部位数；Np=每一个检验部位的脉冲数；Eth=功率密度阈值ISO10110-8=表面轮廓符号G=粗表面轮廓标志（粗磨）；Rq=最大可允许RMS表面粗糙度（μm）；L=取样长度（mm）P=镜面表面（抛光过的），非定量的PM=有微缺陷抛光面分级符号M=1.2.3或4C=下限取样长度（mm）；D=上限取样长度（mm）；PSD=功率谱密度；A=常数，以（μm）3-B表示；f=粗糙度表面的空间频率（mμ-1）；B=是空气频率的指数，＜1＜B＜3ISO10110-9λ=涂膜符号=涂膜技术要求与说明保护性表面处理（涂漆……）RqGLRqPMC/DPSDPC/D3.4其它部分•关于列表方式（Part10）LeftsurfaceMaterialspecificationRightsurfaceR60.43CCe35Protectivechamfer0.2–0.4()AR207b3/2（0.5）4/-5/50.16;L20.04;E0.5BK7ne1.518720.001e63.960.8%0/101/50.162/1;2R50.17CXe34Protectivechamfer0.2–0.4()–3/3(1)4/25/50.16;L20.04;E0.5•关于非公差数据Part11给出一系列数据Leica公司也给出一系列参考数据•关于非球面非球面非旋转对称绕Z轴旋转对称面坐标轴不重合的回转面椭球面双曲面抛物面锥面（ab）柱面椭球面双曲面抛物面锥面（a=b）球面环带面平面（斯密特校正板）4.值得关注的若干问题4.1分级相反的规定材料缺陷-非均匀性及条纹的分级与国内标准分级含义恰恰相反。ISO国标数字小数字小值大（差）值小（高）Schotl、Hoya都如此见附录4.1附录4.1国标光学均匀性及条纹度光学均匀性类别折射率最大偏差*10-6条纹度类别距离及结果说明略H1H2H3H4±2±5±10±20０００１２无无无有附录4.2几家公司材料非均匀性标准的比较折射率变化×10-6ISO10110-4DIN3140（类别）Schott（类别）Hoya（级别）Dhara（级别）±500±201H1aH1aA20±52H2bH2bA5±23H3bH3bA2±14H4bH4bA1±0.55附录4.3用Δn=eλ/t求解材料厚度、均匀性及波前畸变的关系。4.2关于表面形状偏差•ISO10110-5，3/A（B/C）RMSx•我们习惯于N，ΔN•干涉仪中描述波面常习惯于用波前PV，Power，RMSx值表示4.2.1被测表面偏差分解与A、B、CSagitta/APV/B(RMSt)PV/C(RMSi)-b-d=e(RMSa)4.2.23/…与USA用法的关系由上图分析，及下图（干涉仪说明书）得出•Power=Sag4.2.3PV，Power与3/…关系•PV—相当于3/A（B/C）RMSX中的“B”(去除球面)、“C”（去除非球面）值；•RMS—相当于3/A（B/C）RMSX中的“RMSX”；x=t,i,a•Power—相当于3/A（B/C）RMSX中的“A”。(注意单位转换)4.2.4关于PV值的理解•定义：最大峰谷值•可能的形状：同一PV值的不同波面或光学表面PV4.2.2关于PV值及Power值与N及ΔN•无严格对应关系•对于较好的波面：2PV（Power）≈N•对于不规则波面：2│PV-Power│≈ΔN2Power≈N结论•单纯用PV值(指标)评定波面或镜面是不够的•应指出是相对于最佳拟合球面的PV值或就是两波面最大距离的PV值•考虑到波面的旋转对称性是十分重要的，尤其在神光装置中的补偿效果•建议：定义的PV值用大写；用最佳拟合球面分离出的PV值用小写，以示区别另外，梯度问题表4.3典型NIF光学元件表面形技术要求光学元件PV，λ=0.633μm梯度值主放大器钕玻璃片T：λ/6空间波长6cm时，梯度λ/25/cm，空间波长0.4―6cm时，梯度λ/20/cm光传输反射镜R：λ/2.5空间波长2cm时，梯度λ/25/cm，空间波长2cm时，梯度λ/10/cmKDP开关晶体T：λ/4空间波长2cm时，梯度λ/25/cm，空间波长2cm时，梯度λ/10/cm4.3表面缺陷问题•早期:“光学量度”把光学机械表面质量（60年代）：光学表面光洁度PI…PVII―缺陷机械表面光洁度▽1-14―粗糙度•现用“光学设计手册”（90年代）：光学表面疵病（GB1185-89）B/G×J；CN×B；Pz表面粗糙度（GB1031-83《机械…》）Ra=0.012m▽14•ISO10110-7Ⅰ.5/N×A；CN’×A;LN”×A”;EA’”Ⅱ.5/TV或RV，EA’”•用Sufacetexture表4.4方法I用的疵病标准板的具体数值级数Amm圆“缺陷”直径μm“划痕”尺寸μm标准板N0.10.0040.0060.0100.0160.0250.0404.57111828451×161.6×252.5×404.0×630.3×10010×160标准板N0.20.0400.0600.1000.1600.2500.400457011018028045010×16016×22525×40040×63063×1000100×16001020406080SCRATCHSAMPLE510204050DIGSAMPLE•MIL-O-13830A表4.6划痕/坑点号码与尺寸对照表(如：40/20)划痕坑点号码最大宽度（μm）号码最大直径1015203040608011.523468123510152030405010203050100150200300400500•NIF光学图纸是从MIL-O-13830A转换用ISO10110-7规范•我国*一个如何制定问题*一个如何检验问题*标准板的制作*检验设备的研制4.4关于表面结构特性表面抛光程度，即表面粗糙度的容许量和表示法与国内差异较大。倍加注意：用机械表面标准表述光学表面是极不充分的。Ra0.012Rq15nm？Rq2.0~0.5nm•国外光学元件表面粗糙度要求（RMS）细磨玻璃表面、磁盘表面10nm-几m良好的机械加工表面10nm-1m单点金刚石切削表面3-15nm普通光学元件1.5-2.5nm超光滑光学元件0.5nm特殊超光滑光学元件0.1nm•两类光学表面①粗表面（≥λ变化）或称研磨表面用“G”表示②镜表面（＜λ或λ变化）或称抛光表面用“P”表示•镜面的三种表示①表示粗糙度：RMS（Rq），Ra，PV（Rz）。②定量的微缺陷（＜μm）：N/10mm共分4级。③功率谱密度（PowerSpectralDensityPSD）函数单位长度的倒数表示的被测表面粗糙度的频谱。表4.9表面微缺陷的四个级别抛光级别每10mm取样长度内微缺陷数NP180N400P216N80P33N16P4N3注意：P1–P4不要与PI-PIV混淆相对德国DIN3140标准P1◊P2◊◊P3◊◊◊P4◊◊◊◊•具体表示*粗糙面Rq2G5GRq2m5mm*光滑面P316个/10mmRq0.0010.002~1mmRq0.001P30.002/1*PSD•P43个/10mm•PSD10-6/f2(um3)•0.001~1mmPSD10P40.001/1-65.国内现状及建议现状——正在学习和开始应用•引进了多台ZYGO和WYKO(VEECO)干涉仪和表面轮廓仪•一些工程项目和仪器已用ISO制订要求•针对ISO一些新概念陆续发表了研究论文•商贸往来促进了应用•但总体上不够熟悉重要性设计者、制造者、检验者、应用者•查资料•出国人员•客商与订单：报价、报时•转译成国内习惯内容•加入世贸组织及与国际接轨建议•普及方面：举办短训班，知识讲座等•提高方面：加