超光滑超环面镜的检测

　　近些年来,光学领域和电子学领域相关技术的发展日新月异。空间光学、X射线光学、X射线激光、紫外光学以及磁记录、光学记录、超大规模集成电路等领域的发展,对上述光学系统的光学元件提出了极精确面形和超光滑表面的加工要求,其表面粗糙度在nm级,甚至更小的数量级。通常把粗糙度小于1nm (rms)的表面称为超光滑表面。这些光学元件与普通光学元件的加工、检测技术有很大不同,因此超光滑表面的加工与检测技术的研究,是光学领域的一个重要研究课题。世界各国都竞相开展该方面的研究,如美国、日本、澳大利亚等。我国研制的超光滑光学元件,其主要技术指标已达到国外同类产品的先进水平。由长春光机所研制的光学元件,表面粗糙度可达0·21nm (rms);面形误差达0·014λ。近年来研制的单晶硅基底的表面粗糙度优于0·1nm (rms)[1, 2]。

　　超光滑光学元件可用于诸多高新科技领域[3]。

　　(1)软X射线光学系统:随着光学仪器的使用范围向真空紫外、X光波段延伸,例如同步辐射光束线、X光多层膜光学元件等,对光学表面粗糙度的要求越来越高。若表面粗糙度的均方根值为1~2nm,对白光或波长632·8nm的激光来说,表面已非常光滑了。但对于X光(λ=0·8nm),则表面就太粗糙了。

　　目前,国际上高水平的工作,其基板表面粗糙度都在0·5nm ( rms)以下,最好的可达0·1nm(rms)左右。

　　(2)空间光学:天文卫星、X光望远镜以及激光陀螺等,这些空间光学元件,要求分辨率高,尺寸大,精度高,表面粗糙小。这些光学系统的大部分光学元件的工作波段是超短波,波长为nm级,比可见光波长短2个数量级,故光学元件应为超光滑表面。

　　(3)强激光系统:高功率激光器的谐振腔反射镜面非常光滑,如无破坏层、麻点、划痕以及抛光粉、磨具的污染等,以尽可能地减少散射损失和提高光学元件的激光损伤阈值。

　　(4)集成电路基板:为在大规模集成电路基板上刻出亚微米级的线宽及间隔,基板表面必须足够平滑,无亚表面破坏层,表面应力极小,这只有采用超光滑表面加工的基板。同样,在激光器件、晶体和陶瓷振荡器等的加工中,也需要超光滑表面。

　　(5)大容量光盘:光盘容量的扩大,无论从多层膜系结构,还是从微记点分辨率提高的角度,都对光盘盘基表面粗糙度提出极高要求。目前,通用光盘盘基表面为1nm,更高的表面粗糙度为0·5nm(rms)。

　　(6)磁头加工:锰-锌铁制造的录音机、录相机磁头,表面必须平整,边缘几何形状规则,才能保证传输信号不失真,减少磨损,延长使用寿命。只有表面抛光到超光滑程度才能做到。本文主要研究用于同步辐射超光滑光学元件的检测技术。该类元件常用的材料有:熔石英、微晶玻璃、铝合金、无氧铜、单晶硅等。