一种压差环境光学窗口的加工方法

摘要

本发明公开了一种压差环境光学窗口的加工方法，将光学窗口的A、B两面分别置于不同的压力环境进行加工。其中，A面在常压下加工；而后设计一密封腔，将光学窗口安装于此密封腔上，A面朝内；调节密封腔内外压差为实际使用时光学窗口所处压差ΔP，然后对B面进行加工；同时采用仪器检测光学窗口透射面形，如透射面形精度不足，则继续加工B面直到透射面形满足指标要求。本发明采用在实际压差工况下对光学窗口进行加工的方法，可弥补常规方法加工的光学窗口用于压差环境时，光学窗口由于压力变形所带来的光学像差。

权利要求

1.一种压差环境光学窗口的加工方法，该方法利用的装置主要由：密封腔(1)，光学窗口(2)，干涉仪(3)，接口法兰(4)，抽气法兰(5)，标准反射镜(6)组成，其特征在于：该方法步骤如下：步骤S1：光学窗口材料为熔石英，口径200mm，厚度15mm，分A、B两面，先将A面加工至所需面形RMS＜λ/10，再将B面进行半精加工，面形RMS为2.1λ；

步骤S2：设计一带有法兰的密封腔，其中抽气法兰接抽气泵，工作压力范围：101325Pa～1×10-2Pa；接口法兰接压力传感器，测量压力范围：0～1000Pa；

步骤S3：将光学窗口安装于步骤S2中的密封腔上，使步骤S1中加工好的A面朝内；

步骤S4：密封腔内安装一高精度标准反射镜，调整反射镜位置，使干涉仪能够检测到光学窗口的透射面形，并锁定反射镜位置；

步骤S5：通过安装于抽气法兰的抽气泵对密封腔抽气；

步骤S6：通过监测压力传感器的压力，保证密封腔内外压差ΔP与光学窗口实际压差工况一致，其中外部气压P1为大气压101325Pa，腔内气压P2为300Pa，密封腔内外压差ΔP＝|P1-P2|；

步骤S7：用干涉仪检测光学窗口，得到透射面形RMS为4.8λ；

步骤S8：根据步骤S7的检测结果对B面进行加工；

步骤S9：重复步骤S7和步骤S8，直到光学窗口透射面形满足RMS＜λ/10的指标要求。

说明书

一种压差环境光学窗口的加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学元件加工领域，具体指一种在压差工况下使用的光学窗口的加工方法；该方法模拟压差工况，使光学窗口变形，在此基础上对光学窗口进行加工。该方法可避免传统光学窗口在压差工况下工作时，光学窗口变形引起像质变差；该方法可用于多种压差环境，如液压、气压、真空等。

背景技术

[0002] 光学窗口在光学系统中有着广泛的应用，尤其是在水下探测器、高空高速航空相机、空间相机、真空激光等系统中。上述系统往往处于复杂的压力环境中，光学窗口不但起着保证透光的作用，而且起着减小压力对光学系统影响的作用，但由于光学窗口处于压差工况，压差使得光学窗口变形，最终使像质变差。

[0003] 针对压差工况，目前多采用增加光学窗口厚度以提高刚度，减少压差变形这一技术路线。但该方法一方面会增加系统重量，增加系统尺寸，另一方面光学窗口增厚会降低光的透过率；此外，该方法还会加大经济成本。

[0004] 经过对现有技术的文献检索发现，中国专利号：201310180114，发明名称：一种真空高精度窗口的实现方法及其装置。该专利公布了一种阶梯压差式真空窗口的实现方法。该方法通过采用n块窗口玻璃连续安装，并进行抽真空再充惰性气体的方式保证窗口的面形精度。但该高精度窗口组件多、尺寸大、重量大，造成的累积误差大；且该方法经济成本高。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题为：针对传统方法加工的光学窗口用于压差工况时，压差导致光学窗口变形产生像差。本发明的目的是提供一种在压差工况下使用的光学窗口的加工方法；该方法模拟压差工况，使光学窗口变形，在此基础上对光学窗口进行加工。该方法可避免传统光学窗口在压差工况下工作时，光学窗口变形引起像质变差；该方法可用于多种压差环境，如液压、气压、真空等。

[0006] 本发明采用的技术方案为：本发明公开一种压差环境光学窗口的加工方法，该加工方法步骤如下：

[0007] 步骤S1：光学窗口分A、B两面，先将A面按常规方法加工至所需面形，再将B面进行半精加工；

[0008] 步骤S2：设计一带有法兰的密封腔，其中抽气法兰接抽气泵；接口法兰接压力传感器；

[0009] 步骤S3：将光学窗口安装于步骤S2中的密封腔上，使步骤S1中加工好的A面朝内；

[0010] 步骤S4：密封腔内安装一高精度标准反射镜，调整反射镜位置，使干涉仪能够检测到光学窗口的透射面形，并锁定反射镜位置；

[0011] 步骤S5：通过安装于抽气法兰的抽气泵对密封腔抽气；

[0012] 步骤S6：通过监测压力传感器的压力，保证密封腔内外压差ΔP与光学窗口实际压差工况一致；

[0013] 步骤S7：用干涉仪检测光学窗口，得到光学窗口的透射面形；

[0014] 步骤S8：根据步骤S7的检测结果对B面进行加工；

[0015] 步骤S9：重复步骤S7和步骤S8，直到光学窗口透射面形满足指标要求。

[0016] 其中，步骤S6中所述的密封腔内外压差具体满足以下要求：外部气压P1，腔内气压P2，密封腔内外压差ΔP＝|P1-P2|。

[0017] 本发明与现有技术相比的优点在于：本发明加工光学窗口时加工环境与实际使用环境一致，因此该光学窗口用于压差工况时，由压差引起的光学窗口变形小，进而引起的像差小；本发明加工的光学窗口厚度薄、质量轻、体积小，结构简单但面形精度高，可靠性强；本发明的加工方法减小了光学窗口对光束质量的影响，对光学系统的优化设计有实际意义；本发明的加工方法简便快捷、成本低、加工误差小、可操作性强，可实现不同压差光学窗口的加工。

附图说明

[0018] 图1是一种压差环境光学窗口的加工方法示意图。

[0019] 图中附图标记含义为：1为密封腔，2为光学窗口，3为干涉仪，4为接口法兰，5为抽气法兰，6为标准反射镜。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

[0021] 如图1所示，一种压差环境光学窗口的加工方法，利用的装置主要由：密封腔1，光学窗口2，干涉仪3，接口法兰4，抽气法兰5，标准反射镜6组成。

[0022] 该方法步骤如下：

[0023] 步骤S1：光学窗口材料为熔石英，口径200mm，厚度15mm，分A、B两面，先将A面按常规方法加工至所需面形RMS＜λ/10，再将B面进行半精加工，面形RMS为2.1λ；

[0024] 步骤S2：设计一带有法兰的密封腔，其中抽气法兰接抽气泵(工作压力范围：101325Pa～1×10-2Pa)；接口法兰接压力传感器(测量压力范围：0～1000Pa)；

[0025] 步骤S3：将光学窗口安装于步骤S2中的密封腔上，使步骤S1中加工好的A面朝内；

[0026] 步骤S4：密封腔内安装一高精度标准反射镜，调整反射镜位置，使干涉仪能够检测到光学窗口的透射面形，并锁定反射镜位置；

[0027] 步骤S5：通过安装于抽气法兰的抽气泵对密封腔抽气；

[0028] 步骤S6：通过监测压力传感器的压力，保证密封腔内外压差ΔP与光学窗口实际压差工况一致(其中外部气压P1为大气压101325Pa，腔内气压P2为300Pa，密封腔内外压差ΔP＝|P1-P2|)；

[0029] 步骤S7：用干涉仪检测光学窗口，得到透射面形RMS为4.8λ；

[0030] 步骤S8：根据步骤S7的检测结果对B面进行加工；

[0031] 步骤S9：重复步骤S7和步骤S8，直到光学窗口透射面形满足RMS＜λ/10的指标要求。