O status atual e pontos quentes da tecnologia de processamento óptico na China

Atualmente, algumas empresas que aceitam variedades únicas e têm um grande número de ordens de comércio exterior têm pouca capacidade de resistir ao impacto da crise financeira internacional. Empresas relacionadas precisam urgentemente ajustar a estrutura industrial, buscar novas e diversas variedades de produção e promover a transformação da produção para ganhar nova vitalidade. Diante dessa situação, como a indústria de informação optoeletrônica chinesa pode transformar a crise em uma oportunidade? Qual é a principal prioridade para o setor? Acho que devemos aproveitar as indústrias mais quentes, aproveitar os assuntos mais importantes e nos ater a dificuldades e nos concentrar em avanços para buscar novos desenvolvimentos em novas indústrias.

Então, quais são os pontos quentes atuais do processamento óptico na China? Minha opinião é de quatro palavras: pequena, grande, dura, fina.

1 "pequeno" - componentes ópticos em miniatura

Os componentes de micro-óptica incluem pequenas lentes, pequenas lentes asféricas (vidro e plástico), microprismas, placas micro-planares e de matriz de lentes, placas de matriz prismática e semelhantes.

Nos últimos anos, a indústria da informação optoeletrônica desenvolveu-se rapidamente e a indústria de TI emergiu rapidamente. A demanda por câmeras digitais, projetores, scanners digitais, componentes ópticos de comunicação óptica e outros produtos tem aumentado gradualmente, e o desenvolvimento de modelos para miniaturização formou uma enorme nova indústria - a indústria de micro-ótica.

O design de produto e o software da indústria de informação optoeletrônica da China não estão muito atrás do nível internacional. A diferença é maior em materiais, processos e fabricação. Devemos aumentar o investimento nessas três áreas para conduzir pesquisas importantes. Entre eles, o processo de usinagem de hemeletrônica e o processo de moldagem por injeção de lente asférica de plástico para imagens devem ser os mais importantes.

1.1 processo de usinagem da bainha da lente

As lentes esféricas grandes e médias usualmente usam o polimento e polimento quase esférico do centro, ou seja, o polimento em torno do centro aproximado da esfera. A partir da análise dinâmica, esta tecnologia tem o fenômeno de distribuição de pressão desigual e qualidade de processamento deficiente. O processamento da máquina de bainha de esfera pequena é essencialmente um processamento de chip único que termina o movimento de retificação e polimento em torno do centro preciso da esfera. O processamento é maior que a pressão, a velocidade de processamento é rápida e a qualidade é alta e a estabilidade é boa.

O eixo superior do manipulador inferior move-se apenas para baixo, cruzando estritamente com os veios do eixo inferior e do eixo inferior, garantindo assim que o eixo inferior possa girar com precisão de 0,01 mm, o que não muda com o desgaste da lente superfície. Durante o processamento, a espessura da lente pode ser lida a partir do indicador comparador com uma precisão de ± 0,01 mm. Usando a máquina de bainha para moer e polir um lado da lente de 7 mm, a velocidade de processamento é muito mais rápida do que a da superior quando demora cerca de 2 min.

1.2 Processo de moldagem por injeção para lentes asféricas plásticas de imagem

O processo de produção de moldagem por injeção de plástico asférica usada para iluminação e iluminação na China é relativamente madura. Há também muitos tornos de diamante usados para fazer núcleos. Ao mesmo tempo, a demanda por superfícies asféricas de plástico também está aumentando, como lentes de câmeras digitais e câmeras digitais. As lentes asféricas plásticas são usadas para escanear lentes. No entanto, no momento, a qualidade das lentes asféricas de plástico não passa muito. Enquanto estudamos atentamente as medições da superfície aesférica, como o perfilador britânico Formtalysurf, o interferômetro de subpotência dos EUA e o interferômetro zonal, esse processo pode ser um grande avanço.

2 "grandes" - grandes planos de vidro, lentes grandes e grandes espelhos asféricos

TV LCD ou tela de plasma, "Shenguang III", câmera aérea, câmera espacial, lente de fotolitografia, telescópio astronômico de fibra ótica-espectral de grande área multi-objetivo (LAMOST) e telescópio óptico astronômico 20m auto-adaptável que pode ser fabricado em O futuro Há muitos grandes e exigentes planos de vidro e grandes espelhos.

Para estas áreas, muitas unidades na China introduziram máquinas-ferramentas CNC de grande escala, planas, esféricas e asféricas. Por exemplo, o Centro de Pesquisas de Instrumentos Astronômicos de Nanjing apresentou o lançador de anéis de 3,2 m nos EUA; o Centro de Engenharia Óptica de Precisão Chengdu introduziu as máquinas de corte e fresagem de diamantes de grande porte de 500 mm da Rússia e as múltiplas máquinas de polimento óptico CNC de três eixos, quatro eixos e cinco eixos; O Centro de Manufatura de Ultra Precisão Avançada Moderno de Xangai está introduzindo uma série de planos ópticos de usinagem e inspeção de ultra precisão de 400 mm, equipamentos esféricos e aesféricos, todos necessários para a fabricação de grandes componentes ópticos.

Além disso, o desenvolvimento de máquinas-ferramenta CNC de grande escala, planas, esféricas e asféricas também foi gradualmente realizado na China. Por exemplo, o polidor de anel CNC de precisão ativa de 4 m desenvolvido pela Nanjing Lisheng Optomechanics Co., Ltd. é atualmente a maior máquina de polimento na China; A HIT desenvolveu uma fresadora de plano de corte de diamante de cristal superfino de 600 mm e uma máquina-ferramenta de super-acabamento asférico de 600 mm. Aeroespacial 303 desenvolveu a máquina asférica Nanosys 300; A Northelg desenvolveu a máquina de polimento rápido de controle numérico de alta precisão planar PPS 100. Vale ressaltar que o primeiro equipamento doméstico de processamento de vigas de íons de 500 mm do Instituto Nacional de Defesa da Ciência e Tecnologia também fez grandes progressos no desenvolvimento de condições de fabricação de peças ópticas de grande escala em ultraprecisão. O desenvolvimento de componentes ópticos de precisão e espelhos óticos de grande escala ou lentes ópticas na China é realizado principalmente em institutos e universidades. Por exemplo, Centro de Engenharia Óptica de Precisão de Chengdu, Instituto de Ótica de Changchun, Instituto de Optoeletrônica de Chengdu, Instituto de Ótica e Eletrônica de Xangai, 45º Instituto de Indústria Eletrônica, Centro de Desenvolvimento de Instrumento Astronômico de Nanjing, Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa, Universidade de Suzhou e Universidade de Zhejiang.

No entanto, os atuais componentes ópticos de precisão em grande escala da China, espelhos e lentes ópticas ainda não podem atender às necessidades. Por exemplo, a câmera espacial usada no satélite tripulado "God Five" usa o espelho de carboneto de silício da Rússia. Além disso, a lente de litografia da China não atingiu o nível internacional, e ainda precisa de um grande investimento.

3 "hard" - cristais óticos duros

O carbeto de silício (SiC) tem uma dureza de Mohs de 9,5, uma baixa densidade e um baixo coeficiente de expansão. É um cristal hexagonal isotrópico e é um material óptico aeroespacial emergente. Safira / rubi (Al2O3) tem uma dureza de Mohs de 9, que é um cristal hexagonal anisotrópico e é um valioso material óptico. O rubi é um material luminescente a laser sólido, a safira e o rubi são materiais de janela infravermelha e a safira também é um bom material de substrato. Alto índice de refração da Sapphire, alta dureza, colorido, mas também valiosas decorações e "nunca use" materiais de superfície de alta qualidade. A granada de ítrio-alumínio dopada com ítrio (YAG) tem uma dureza Mohs de 8 a 8,5 e é um material laser sólido quase infravermelho. O cristal de quartzo (SiO2) tem uma dureza de Mohs de 7, que é um cristal hexagonal anisotrópico e é um material óptico de alta qualidade nos campos ultravioleta e infravermelho. Atualmente, o mais popular é o processamento óptico de carboneto de silício e vermelho e safira.

Derretimento, modificação de superfície e processamento óptico de materiais de SiO2 ainda estão em fase de desenvolvimento e pesquisa na China. Pesquisas sobre a pesquisa do Instituto de Pesquisa do Silicato de Xangai, Instituto de Opto-Mecânica de Xi'an, Instituto de Tecnologia de Xangai e Instituto de Tecnologia Óptica Astronômica de Nanjing fizeram progressos gratificantes. Atualmente, a China desenvolveu um espelho esférico de imagem SiO2 com um diâmetro de saída de 520 mm, com um diâmetro frontal de 800 mm.

A safira tem uma alta dureza, um método de processamento especial e muitas inovações no processo, com ênfase na moagem fina. Abrasivos e materiais de polimento podem ser usados com diamante ou pós de diamante, com tamanhos de partícula de w1, w0,5, w0,25 e ainda mais; os diamantes também podem ser usados para polir a pele. O molde de polimento do molde pode ser um molde de aço, um molde de diamante, um molde de cobre de resina ou um molde de pedra preciosa. Além disso, o fluido de polimento químico SiO2 também pode alcançar bons resultados.

4 "fine" - lente óptica super fina ou elemento óptico

4.1 Processamento de superfície óptica super fina

Os requisitos de precisão da superfície e aspereza da superfície em superfícies ópticas estão se tornando cada vez maiores, e as lentes ópticas (lentes de litografia UV, etc.) também precisam ter qualidade de imagem limitada por difração próxima, o que levou a uma série de novas técnicas de processamento em superfinishing. Os métodos incluem: Processamento de Processamento Numérico Computadorizado (CCOS), Tecnologia de Polimento Magnetorheológico (MRF) e Tecnologia IBF (Polimento de Feixe Iônico). Nos anos 80, a China começou a estudar CCOS, e agora sua tecnologia amadureceu; na década de 1990, a China começou a estudar a tecnologia MRF e fez grandes progressos. Nos últimos anos, a QED Technologies dos Estados Unidos também começou a fornecer tecnologia e equipamentos MRF. Ao mesmo tempo, a Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa também utiliza a tecnologia IBF para modificar superfícies ópticas com uma rugosidade de 1 nm.

O interferômetro digital de superfície de ondas é o principal instrumento para detectar a precisão do perfil da superfície. Em 1985, a China completou o desenvolvimento do primeiro protótipo. Nos últimos anos, a Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing desenvolveu um pequeno interferômetro esférico, de baixo custo, fácil de usar e com alta participação de mercado. Recentemente, eles desenvolveram um interferômetro infravermelho com um diâmetro de saída de 600 mm para o Shenguang III. Na medição de formas superficiais asféricas, a interferometria subferencial e o método de zoneamento foram propostos no exterior, e superfícies planas, esféricas ou asféricas podem ser medidas diretamente com um interferômetro.

4.2 Tecnologia de superprecisão de lentes ópticas de ultra precisão

A montagem óptica de alta precisão é outra importante garantia para a produção de lentes ópticas limitadas por difração próxima. O torno vertical especial de centro de precisão é a chave para a montagem óptica de precisão.

O instrumento mais antigo da China é um instrumento de centralização de precisão com um diâmetro de 500 mm produzido pela Chengdu Optoelectronics. O fuso do instrumento é uma estrutura de rolamentos de superprecisão com um desvio radial e uma saída axial de 1 μm. Agora, a saída radial dos mancais hidrostáticos em tais máquinas-ferramentas de centralização no exterior atingiu 0,1 μm, e a saída radial dos mancais de ar atingiu 0,05 μm.

A montagem ótica de precisão máxima é baseada no fuso da máquina-ferramenta. Todo o centro de gravidade da lente é transmitido no fuso da máquina-ferramenta, de modo a obter uma escola de precisão com base no eixo óptico. Também pode ser ajustado de acordo com os requisitos de imagem da lente durante o processo de instalação. As lentes ultrafinas são os mais altos requisitos para lentes ópticas. Exemplos típicos são lentes de litografia UV, lentes padrão de interferômetro, lentes de calibração de telescópio e câmeras espaciais.

A recente lente de fotoativação ultravioleta de 193 nm em nosso país trouxe grandes desafios para o design óptico, processamento óptico e montagem óptica. De acordo com estimativas preliminares, se mais de 30 lentes forem necessárias para completar os critérios de projeto para a lente, os materiais ópticos utilizados são principalmente cristais de quartzo duro e de CaF2. Obviamente, a superfície deste material deve ser ultra-suave, superficie de superficie, o processamento é muito difícil, e a montagem ótica também é auto-evidente. O principal laboratório de instrumentos ópticos modernos da Universidade de Zhejiang desenvolveu com sucesso uma lente objetiva de litografia de projeção de grande área há alguns anos. As suas especificações técnicas são as seguintes: diâmetro de abertura 280 mm, abertura numérica NA 0,08, comprimento de onda de exposição 365 nm, profundidade de campo 0,25 μm, A linha de visão é de 203,2 mm com uma resolução de 2,5 μm ou menos (limite teórico). Esse tipo de tecnologia de fabricação de lentes objetivas de altíssima precisão também é uma questão importante na indústria optoeletrônica.

5 Observações conclusivas

Em resposta à crise financeira internacional, a indústria de informação optoeletrônica da China deve ajustar sua estrutura industrial, concentrar-se nas questões quentes da tecnologia óptica e combinar a situação real da empresa, selecionar pontos de ruptura das quatro dimensões de “pequeno, grande, duro e refinado ”e cultivar novo PIB. O ponto de crescimento minimiza o impacto negativo da crise financeira internacional.

Sobre o autor: Cao Tianning, professor do Departamento de Optoeletrônica da Universidade de Zhejiang, editou o primeiro livro de tecnologia óptica na China. Ele foi o primeiro a obter os resultados da pesquisa de processamento de superfície óptica de lançador de anéis, interferômetro de superfície de onda digital e ferramenta de controle numérico computadorizado na China. É uma famosa tecnologia óptica e inspeção na China. especialista.