隨著科學技術和信息化的迅猛發(fā)展 ,紅外光學 系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展及廣泛應用。紅外光學元件主要包括紅外晶體類軟脆性材料光學元件和玻璃、SiC 等硬脆性材料光學元件 ,其中紅外晶體類光學元件在高通量的運行條件下 ,晶體內(nèi)的自發(fā) Raman 散射光通過表面時會得到放大。因此 ,晶體作為優(yōu)質(zhì)的非線性光學材料 ,被廣泛地應用于紅外光電儀器等 非線性光學領域。由于晶體材料本身具有質(zhì)軟、易潮解、脆性高、對溫度變化敏感、易開裂等一系列不易于加工的特點 ,而且加工周期很長 ,因此被公認為是最難加工的光學元件 ,光學元件古典加工方法已不適于加工高精度的晶體材料光學元件。20 世紀 60 年代 ,為解決軍用紅外光學系統(tǒng)高精度晶體類光學元件的超精密加工問題 ,美國國防科研機構率先開發(fā)了單點金剛石刀具超精密切削技術 ,簡稱 SPD T 技術 (Single Point Diamond Turn2 ing) ,以滿足國防和尖端技術發(fā)展的需求。采用該項技術加工晶體類光學元件 ,可以保證晶體類光學元件的高精度面形加工質(zhì)量 ,有利于提高激光破壞閾值 ,避免研磨拋光時使用的磨料嵌入 ,從而有效地 減輕粗加工階段在晶體表面形成的亞表面損傷。經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展及創(chuàng)新 ,這項技術已廣泛用于多種高精度光學元件的加工 ,在紅外生產(chǎn)技術領域 及其他光電行業(yè)得到廣泛的推廣和應用。

單點金剛石精密數(shù)控車削技術是在計算機控制 下采用天然單晶金剛石刀具 ,在對機床和加工環(huán)境進行精確控制的條件下 ,直接車削加工出符合光學質(zhì)量要求的非球面光學零件。單晶金剛石刀具與有色金屬親和力小 ,其硬度、耐磨性以及導熱性都非常優(yōu)越 ,且刀具刃口極為鋒銳 ,刃口半徑為 0. 5～0.01μm ,車削時金剛石刀具與工件單點或接近單點接觸 ,切削深度多在 1nm 至數(shù)微米。該技術主要用于加工中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學零件 ,其特點是生產(chǎn)效率高、加工精度高、重復性好、適合批量生產(chǎn)、加工成本比傳統(tǒng)的加工技術明顯降低。采用該項金剛石車削技術加工出來的光學零件直徑在 120mm 以下 ,面形精度可達到 l/ 2 ～ 1 l , 表面粗糙度的均方根值為 0. 02～0. 06mm。目前 ,采用單點金剛石車削技術可以加工的材料有 :紅外光學晶體 (單晶鍺、硒化鋅、硫化鋅、砷化鎵、氯化鈉、鈮酸鋰、氟化鈣、KDP 晶體等) 、有色金屬、塑料、無電鎳、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等。上述材料均可直接達到光學表面質(zhì)量的要求。此技術還可加工玻璃、鈦、鎢等材料 ,但目前還不能直接達到符合質(zhì)量要求的光學鏡面 ,需要進一步研磨和柔性拋光。

采用單點金剛石精密數(shù)控車削技術加工的球面和非球面光學零件在軍用和民用光電產(chǎn)品上的應用相當廣泛 ,如攝影鏡頭和取景器、變焦鏡頭、電影放影鏡頭、錄像機鏡頭、衛(wèi)星紅外望遠鏡、條形碼讀出頭、光纖通信接頭等。在當今的日常消費品中 ,該技術常被用于加工有機玻璃和各種塑料 ,如大型投影 電視屏幕、照相機的塑料鏡片以及樹脂隱形眼鏡鏡片等。另外 ,采用該技術還可用來加工各種光學零件的成型模具和光學零件機體 ;與離子束拋光技術相結合 ,可以加工高精度非球面光學零件 ;與鍍硬碳 膜工藝和環(huán)氧樹脂復制技術相結合 ,可生產(chǎn)較為便宜的精密非球面反射鏡和透鏡。如果在金剛石車床上增加磨削附件或采用陶瓷刀具、安裝精密夾具和采用在 - 100°C 低溫進行金剛石切削等措施 ,其加工性能會更好 ,應用范圍還可進一步擴大。