高精度炭化ケイ素の非球面ミラー

少し前に、長春光学機械研究所は、プロジェクトの受け入れを通じて、全国の主要な科学研究機器開発プロジェクト「4メートルスケールの高精度炭化ケイ素非球面ミラー統合製造システム」によって実施されました。 これは、世界最大の公に報告されている開口部の炭化ケイ素シングルミラーです。 結果の成果は、アップグレード全体にわたる中国の大口径オプトエレクトロニクス機器の国際的な高度なレベルの中で中国の光学システム製造能力を示しています。

1.6トンの「ビッグミラー」の重さの4メートルの直径は、巨大なリング状のディスクのようなものです-それが望遠鏡に取り付けられている場合、その解像度を大幅に向上させます。

「最新の大口径光学システムは反射構造で使用されており、メインミラーの開口部がシステムの分解能を直接決定するほど、口径が大きくなります。光学望遠鏡の解像度と精度が高い」中国工学アカデミーの学者であるJiangHuilin氏によると、4メートルの炭化ケイ素反射器プロジェクトの受け入れの専門家。

大口径のリフレクターを構築することは容易ではありません。 「リフレクターの開口部の上限は、製造能力と処理能力に依存します。 同時に、望遠鏡の解像度とイメージング品質を確保するために、リフレクターは非常に高い表面精度を持っている必要があります。長春光学機械研究所、Zhang Xuejun紹介の副所長、可視波長観察、たとえば、波長より少なくとも1/30高い表面精度要件、 これは、都市のサイズに拡大された4メートルの反射板のようなもので、土地は平らになり、プラスマイナス数ミリメートルの高さの差の南東の角と北西の角が必要です。土地のレベリングは1ミリメートル未満でなければなりません。 これはミラーミラーブランク材料を反映しており、光学処理技術は非常に厳しい要件を提示しています。

リフレクターミラーブランクの場合、材料の比剛性と熱安定性は可能な限り大きくする必要があります。そのため、開口部の増加に伴い、材料の剛性は、熱環境の影響を受けにくい顔の形状の安定性を保証することができ、 そしてシステムの重量を减らすのに役立ちます。

国際的に一般的に使用されているミラーミラーブランク材料は、石英ガラス、微結晶ガラス、炭化ケイ素、ベリリウム金属などです。その優れた比剛性と熱安定性を備えた炭化ケイ素は、お気に入りのミラー代替材料になっています。

炭化ケイ素は優れた性能、速い熱伝導率、熱変形は小さいが、微結晶ガラスなどの他の原料と比較して、その製造の難しさも大きくなります-炭化ケイ素自体はセラミックに属し、口径が増加すると、焼結は亀裂や破損しやすくなります。 かつて1.5メートルの口径の限界を突破できないと考えられていました。

「大口径ミラーミラーブランクの製造とミラー処理技術は、いくつかの西側諸国によって習得されています。中国には、4メートルクラスの大口径ミラーを独自に製造する能力はありませんでした。張雪君は率直に言って。 独占を打破するために、1990年代後半に、長春光学機械研究所は光学グレードの炭化ケイ素セラミック材料の研究を発表しました。 チームは10年以上を費やし、何百もの実験的探査とプロセス検証を経験し、1 m、2 m口径の炭化ケイ素ミラーミラーブランクを突破しました。ついに2016年に4 m口径の炭化ケイ素ミラーブランクの開発に成功しました。

ミラーブランクは持っていますが、炭化ケイ素の非常に高い硬度はまた加工方法に新しい挑戦をもたらします。 さらに、炭化ケイ素は、光学的粗研磨後の表面に小さな欠陥があり、反射率などの光学特性に影響を与える可能性があるため、その後のプロセスによって表面特性を改善する必要があります。

プロジェクトチームは、コンピューター制御の光学表面フォームを使用しました「ストレスディスク」研磨、磁気生理学的研磨、およびその他の加工技術の組み合わせを使用して、非球面の製造精度と効率を大幅に向上させる技術。振り子アームプロフィロメーター検出、光学ゼロ補償干渉法、およびその他の高度な検出技術を使用して、4メートルミラーのその場での検出を実現します。 最後に、ミラーコーティングの細かい研磨後、エンジニアリングアプリケーション条件で反射率が95% 以上に達し、高精度の光学処理の4メートルの大径非球面ミラーを実現しました。

「4メートルのミラー製造プロセスをマスターしただけで、コアテクノロジーの独立した習得とは見なされません。zhang Xuejun氏は、加工技術も同様に重要であるため、4メートルのミラー製造研究開発を完了するために必要な製造装置の完全なセットがあると述べました。 ミラー開発プロセスを中心に、プロジェクトは3つのサブシステム、10セット以上の処理およびテスト機器の開発をすべて独立した知的財産権から完了しました。

現在、長春光学研究所によって、マグニチュード2メートルの開口ミラーの研究開発が実用的な工学に適用されています。2022年、中国の宇宙ステーションの多機能光学施設で、中国の自己開発された大口径ミラーを使用します。近い将来、 マグニチュード4のミラーは、中国の新世代のオプトエレクトロニクス観測システムに適用されます。

今から、国際的な高度なレベルの中で中国の光学システム製造能力。

長春ベナは、長春光学機械研究所によって認定された高品質のサプライヤーです。