Status saat ini dan hot spot teknologi pemrosesan optik di China

Saat ini, beberapa perusahaan yang menerima varietas tunggal dan memiliki sejumlah besar pesanan perdagangan luar negeri memiliki kemampuan yang buruk untuk menahan dampak krisis keuangan internasional. Perusahaan terkait sangat perlu menyesuaikan struktur industri, mencari varietas produksi baru dan beragam, dan mempromosikan transformasi produksi untuk mendapatkan vitalitas baru. Menghadapi situasi ini, bagaimana industri informasi optoelektronik China mengubah krisis menjadi peluang? Apa prioritas utama untuk industri ini? Saya pikir kita harus merebut industri panas, menangkap topik hangat, dan tetap pada kesulitan dan fokus pada terobosan untuk mencari perkembangan baru dalam industri baru.

Jadi, apa titik panas pemrosesan optik di Cina saat ini? Pendapat saya adalah empat kata: kecil, besar, keras, baik.

1 "kecil" - komponen optik miniatur

Komponen mikro-optik meliputi lensa kecil, lensa aspherik kecil (kaca dan plastik), mikroprisme, pelat planar dan lensa mikro, pelat prisma, dan sejenisnya.

Dalam beberapa tahun terakhir, industri informasi optoelektronik telah berkembang pesat, dan industri TI telah dengan cepat muncul. Permintaan untuk kamera digital, proyektor, scanner digital, komponen optik komunikasi optik dan produk lainnya telah meningkat secara bertahap, dan pengembangan model untuk miniaturisasi telah membentuk industri baru yang sangat besar— - Industri mikro-optik.

Desain produk dan perangkat lunak industri informasi optoelektronik China tidak jauh di belakang tingkat internasional. Kesenjangan lebih besar dalam material, proses, dan manufaktur. Kita harus meningkatkan investasi di ketiga bidang ini untuk melakukan penelitian utama. Di antara mereka, proses permesinan hem lensa lensa dan proses pencitraan lensa pencitraan aspheric plastik harus menjadi yang paling penting.

1.1 Proses pemesinan hem lensa

Lensa bulat besar dan menengah biasanya menggunakan pusat penggilingan dan penggilingan kuasi-bola, yaitu, memoles sekitar pusat perkiraan bola. Dari analisis dinamika, teknologi ini memiliki fenomena distribusi tekanan yang tidak merata dan kualitas pemrosesan yang buruk. Pemrosesan mesin hem butiran kecil pada dasarnya adalah pemrosesan chip tunggal yang menyelesaikan gerakan penggilingan dan pemolesan di sekitar pusat bola yang tepat. Prosesnya lebih tinggi dari tekanan, kecepatan pemrosesan cepat, dan kualitasnya tinggi dan stabilitasnya bagus.

Poros atas manipulator yang lebih rendah hanya bergerak ke bawah, memotong secara ketat dengan poros poros bawah dan poros bawah, sehingga memastikan bahwa poros bawah dapat secara akurat berayun dengan akurasi 0,01 mm, yang tidak berubah dengan keausan lensa. permukaan. Selama pemrosesan, ketebalan lensa dapat dibaca dari indikator dial dengan akurasi ± 0,01 mm. Menggunakan mesin hem untuk menggiling dan memoles salah satu sisi lensa 7 mm, kecepatan pemrosesan jauh lebih cepat daripada yang di atas ketika dibutuhkan sekitar 2 menit.

1.2 Proses Injection Molding untuk Lensa Aspheric Plastik Pencitraan

Proses produksi cetakan injeksi aspherical plastik yang digunakan untuk penerangan dan pencahayaan di Cina relatif matang. Ada juga banyak bubut berlian yang digunakan untuk membuat inti. Pada saat yang sama, permintaan untuk permukaan aspherical plastik juga meningkat, seperti lensa kamera digital dan kamera digital. Lensa aspheric plastik digunakan untuk lensa pemindaian. Namun, saat ini, kualitas lensa aspheric plastik tidak banyak. Selama kita dengan hati-hati mempelajari pengukuran permukaan aspherical, seperti profiler Formtalysurf Inggris, interapometer subaperture AS dan interferometer zonal, proses ini dapat menjadi terobosan.

2 "Besar" - pesawat kaca besar, lensa besar, dan cermin aspherical besar

TV LCD atau layar plasma, "Shenguang III", kamera udara, kamera ruang angkasa, lensa fotolitografi, area luas multi-obyektif serat-optik-spektrum teleskop astronomi (LAMOST) dan 20m teleskop astronomi optik adaptif-diri yang dapat diproduksi di masa depan Ada banyak pesawat kaca besar menuntut dan cermin besar.

Untuk daerah-daerah ini, banyak unit di China telah memperkenalkan alat-alat mesin CNC skala besar, bulat dan aspherical. Sebagai contoh, Pusat Penelitian Instrumen Astronomi Nanjing telah memperkenalkan pelempar cincin 3,2 m AS; Pusat Rekayasa Optik Presisi Chengdu telah memperkenalkan mesin pemotong dan penggilingan berlian terbang 500 mm pesawat Rusia yang besar dan beberapa mesin pemilin optik CNC tiga sumbu, empat sumbu, dan lima sumbu; Shanghai Modern Advanced Ultra Precision Manufacturing Center memperkenalkan serangkaian mesin ultra-presisi 400 mm dan inspeksi pesawat optik, peralatan bola dan aspherical, yang semuanya merupakan peralatan yang diperlukan untuk pembuatan komponen optik besar.

Selain itu, pengembangan alat-alat mesin CNC skala besar, bulat dan aspherical juga secara berangsur-angsur dilakukan di Cina. Misalnya, ring grinding presisi CNC presisi 4 m yang dikembangkan oleh Nanjing Lisheng Optomechanics Co, Ltd saat ini merupakan mesin pemoles terbesar di Cina; HIT mengembangkan mesin penggilingan mesin penggilingan berlian fly-cutting 600 mm kristal dan 600 mm alat mesin finishing aspheric super. Aerospace 303 telah mengembangkan mesin aspherical Nanosys 300; Northelg telah mengembangkan mesin pemolesan cepat kontrol presisi planar optik PPS 100 presisi tinggi. Perlu disebutkan bahwa peralatan pengolahan berkas ion 500 mm domestik pertama dari National Science of Science and Technology juga telah membuat kemajuan besar dalam pengembangan kondisi manufaktur berskala optik ultra-presisi berskala besar. Pengembangan komponen optik presisi berskala besar dan cermin optik atau lensa optik di Cina terutama dilakukan di institut dan universitas. Misalnya, Pusat Teknik Optik Precision Chengdu, Institut Optik Changchun, Chengdu Optoelectronics Institute, Institut Optik dan Elektronik Shanghai, Institut Industri Elektronik ke-45, Pusat Pengembangan Instrumen Astronomi Nanjing, Universitas Teknologi Pertahanan Nasional, Universitas Suzhou, dan Universitas Zhejiang.

Namun demikian, komponen optik presisi skala besar Cina saat ini, cermin dan lensa optik masih belum dapat memenuhi kebutuhan. Sebagai contoh, kamera luar angkasa yang digunakan dalam satelit "God Five" menggunakan cermin silikon karbida Rusia. Selain itu, lensa litografi Cina belum mencapai tingkat internasional, dan masih membutuhkan investasi besar.

3 "keras" - kristal optik keras

Silikon karbida (SiC) memiliki kekerasan Mohs 9,5, kepadatan rendah, dan koefisien ekspansi rendah. Ini adalah kristal heksagonal isotropik dan merupakan material optik aerospace yang muncul. Sapphire / ruby (Al2O3) memiliki kekerasan Mohs 9, yang merupakan kristal heksagonal anisotropik dan merupakan bahan optik yang berharga. Ruby adalah bahan luminescent laser padat, safir dan ruby adalah bahan jendela inframerah, dan safir juga merupakan bahan substrat yang baik. Indeks bias tinggi Sapphire, kekerasan tinggi, warna-warni, tetapi juga dekorasi berharga dan "tidak pernah memakai" bahan permukaan bermutu tinggi. Yttrium-doped yttrium aluminum garnet (YAG) memiliki kekerasan Mohs 8 hingga 8,5 dan merupakan bahan laser padat dekat-inframerah. Kristal kuarsa (SiO2) memiliki kekerasan Mohs 7, yang merupakan kristal heksagonal anisotropik dan merupakan bahan optik berkualitas tinggi di bidang ultraviolet dan inframerah. Saat ini yang paling populer adalah pengolahan optik karbida silikon dan merah dan safir.

Melting, modifikasi permukaan dan pemrosesan optik dari material SiO2 masih dalam tahap pengembangan dan penelitian di Cina. Penelitian pada penelitian Shanghai Silicate Research Institute, Xi'an Opto-Mechanics Institute, Institut Teknologi Shanghai dan Institut Teknologi Optik Astronomi Nanjing telah membuat kemajuan yang memuaskan. Saat ini, China telah mengembangkan pencitraan cermin aspherical SiO2 dengan diameter keluar 520 mm, dengan diameter depan 800 mm.

Sapphire memiliki kekerasan yang tinggi, metode pemrosesan khusus, dan banyak inovasi dalam prosesnya, dengan penekanan pada fine grinding. Bahan abrasif dan poles dapat digunakan dengan bubuk intan atau intan, dengan ukuran partikel w1, w0.5, w0.25, dan bahkan lebih banyak lagi; berlian juga bisa digunakan untuk memoles kulit. Cetakan pemolesan cetakan dapat berupa cetakan baja, cetakan berlian, cetakan tembaga resin atau cetakan batu permata. Selain itu, cairan pemolesan kimia SiO2 juga dapat mencapai hasil yang baik.

4 "halus" - lensa optik super halus atau elemen optik

4.1 Pengolahan permukaan optik super halus

Persyaratan untuk akurasi bentuk permukaan dan kekasaran permukaan pada permukaan optik menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi, dan lensa optik (lensa litografi UV, dll.) Juga harus memiliki kualitas pencitraan yang mendekati difraksi terbatas, yang semuanya telah mendorong sejumlah baru teknik pemrosesan dalam superfinishing. Metode termasuk: Komputer Gadget Kontrol Numerik Permukaan Permukaan Optik (CCOS), Magnetorheological Polishing (MRF) teknologi, dan IBF (Ion Beam Polishing) teknologi. Pada 1980-an, Cina mulai mempelajari CCOS, dan sekarang teknologinya telah matang; pada 1990-an, Cina mulai mempelajari teknologi MRF, dan telah membuat kemajuan besar. Dalam beberapa tahun terakhir, QED Technologies dari Amerika Serikat juga mulai menyediakan teknologi dan peralatan MRF. Pada saat yang sama, Universitas Teknologi Pertahanan Nasional juga menggunakan teknologi IBF untuk memodifikasi permukaan optik dengan kekasaran 1 nm.

Interferometer permukaan gelombang digital adalah instrumen utama untuk mendeteksi keakuratan profil permukaan. Pada 1985, Cina menyelesaikan pengembangan prototipe pertama. Dalam beberapa tahun terakhir, Universitas Sains dan Teknologi Nanjing telah mengembangkan interferometer bulat kecil, yang biayanya rendah, mudah digunakan, dan memiliki pangsa pasar yang tinggi. Mereka baru-baru ini mengembangkan interferometer inframerah dengan diameter keluar 600 mm untuk Shenguang III. Dalam pengukuran bentuk permukaan asferis, subaperture interferometri dan metode zonasi telah diusulkan di luar negeri, dan permukaan plane, spherical, atau aspheric dapat langsung diukur dengan interferometer.

4.2 Teknologi lensa presisi super presisi ultra-presisi

Pemasangan optik ultra-presisi adalah jaminan penting lainnya untuk memproduksi lensa optik difraksi dekat-terbatas. Bubut vertikal khusus pusat presisi ultra adalah kunci pemasangan optik ultra-presisi.

Instrumen paling awal di Cina adalah instrumen pemusatan presisi dengan diameter 500 mm yang dihasilkan oleh Chengdu Optoelektronik. Spindel instrumen adalah struktur bantalan super presisi dengan runout radial dan runout aksial sebesar 1 μm. Sekarang pelarian radial dari bantalan hidrostatik di alat mesin yang berpusat di luar negeri telah mencapai 0,1μm, dan pelarian radial bantalan udara telah mencapai 0,05μm.

Pemasangan optik presisi ultra didasarkan pada spindel alat mesin. Semua pusat gravitasi lensa ditransmisikan pada spindel alat mesin, sehingga mencapai sekolah presisi ultra berdasarkan pada sumbu optik. Ini juga dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan pencitraan lensa selama proses instalasi. Lensa ultra-halus adalah persyaratan tertinggi untuk lensa optik. Contoh umum adalah lensa litografi UV, lensa standar interferometer, lensa kalibrasi teleskop, dan kamera ruang angkasa.

Lensa pengambilan foto ultra-ultraviolet terbaru 193 nm di negara kita telah membawa tantangan besar pada desain optik, pemrosesan optik, dan pemasangan optik. Menurut perkiraan awal, jika lebih dari 30 lensa diperlukan untuk melengkapi kriteria desain yang diberikan untuk lensa, bahan optik yang digunakan terutama adalah kaca kuarsa keras dan kristal CaF2 lunak. Tentunya, permukaan material ini harus sangat halus, tingkat permukaan super presisi, pemrosesan sangat sulit, dan pemasangan optik juga terbukti dengan sendirinya. Laboratorium kunci instrumen optik modern dari Universitas Zhejiang berhasil mengembangkan lensa proyeksi litografi besar-daerah beberapa tahun yang lalu. Spesifikasi teknisnya adalah sebagai berikut: diameter lobang 280 mm, bukaan numerik NA 0,08, panjang gelombang eksposur 365 nm, kedalaman bidang 0,25 μm, Garis pandang adalah 203,2 mm dengan resolusi 2,5 μm atau kurang (batas teoritis). Jenis teknologi pembuatan lensa obyektif ultra-presisi tinggi ini juga merupakan isu hangat dalam industri optoelektronik.

5 Pernyataan Penutup

Sebagai tanggapan terhadap krisis keuangan internasional, industri informasi optoelektronik China harus menyesuaikan struktur industrinya, fokus pada isu-isu panas teknologi optik, dan menggabungkan situasi aktual perusahaan, pilih titik terobosan dari empat dimensi "kecil, besar, keras , dan disempurnakan "dan menumbuhkan GDP baru. Titik pertumbuhan meminimalkan dampak negatif dari krisis keuangan internasional.

Tentang penulis: Cao Tianning, profesor Departemen Optoelektronik Universitas Zhejiang, menyunting buku teknologi optik pertama di Tiongkok. Dia adalah orang pertama yang memperoleh hasil penelitian pengolahan permukaan optik dari pelontar cincin, interferometer permukaan gelombang digital dan alat kontrol numerik komputer di Cina. Ini adalah teknologi dan inspeksi optik yang terkenal di Cina. ahli.