La fabricación y prueba óptica es el proceso de fabricación y prueba de componentes ópticos . Abarca una amplia gama de procedimientos de fabricación y configuraciones de pruebas ópticas.
La fabricación de una lente esférica convencional normalmente comienza con la generación de la forma rugosa de la óptica rectificando una pieza de vidrio. [1] Esto se puede hacer, por ejemplo, con herramientas anulares. A continuación, se pule la superficie de la lente hasta obtener su forma final. Normalmente, esto se hace lapeando : rotando y frotando la superficie rugosa de la lente contra una herramienta con la forma de superficie deseada, con una mezcla de abrasivos y fluido en el medio. Normalmente se utiliza una herramienta de brea tallada para pulir la superficie de una lente. La mezcla de abrasivo se llama lechada y normalmente está hecha de cerio u óxido de circonio en agua con lubricantes añadidos para facilitar el movimiento de la herramienta sin que se pegue a la lente. El tamaño de las partículas en la suspensión se ajusta para obtener la forma y el acabado deseados.
Los tipos de lapeado incluyen lapeado planetario, lapeado de doble cara y lapeado cilíndrico. [2]
Durante el pulido, se puede probar la lente para confirmar que se está produciendo la forma deseada y para garantizar que la forma final tenga la forma correcta dentro de la precisión permitida. La desviación de una superficie óptica de la forma correcta generalmente se expresa en fracciones de una longitud de onda , para alguna longitud de onda de luz conveniente (tal vez la longitud de onda en la que se utilizará la lente, o una longitud de onda visible para la cual hay una fuente disponible). Las lentes económicas pueden tener desviaciones de forma de hasta varias longitudes de onda (λ, 2λ, etc.). Las lentes industriales más típicas tendrían desviaciones no mayores que un cuarto de longitud de onda (λ/4). Las lentes de precisión para uso en aplicaciones como láseres , interferómetros y holografía tienen superficies con una tolerancia de una décima de longitud de onda (λ/10) o mejor. Además del perfil de la superficie, una lente debe cumplir requisitos de calidad de la superficie (rayones, hoyos, motas, etc.) y precisión de las dimensiones.
Las técnicas no convencionales incluyen el torneado con diamante de un solo punto (SPDT) y el acabado magnetorreológico (MRF). [3]
El esmerilado libre abrasivo es una técnica para pulir la superficie de un material antes de pulirlo. Implica el uso de pequeñas partículas de arena para eliminar pequeñas virutas de material de la superficie de una pieza de trabajo óptica. Las partículas de arena se conocen como abrasivos libres. Las partículas se añaden a una suspensión líquida que se coloca entre una placa de molienda y el material. Se utilizan movimientos deslizantes entre la placa abrasiva y el material. [4]
Después del pulido, queda una pequeña rugosidad en la superficie, que depende del tamaño del grano. También hay una pequeña cantidad de fracturas debajo de la superficie del material, conocida como daño subsuperficial (SSD). [4]
Para reducir la cantidad de rugosidad de la superficie y el daño del subsuelo, se puede realizar un rectificado adicional con un tamaño de grano más pequeño. [4] Normalmente, se utilizan dos o tres etapas de molienda, teniendo la segunda y tercera etapas un tamaño que va disminuyendo. Por ejemplo, un conjunto típico de etapas de arena es de 30 micrómetros, luego de 15 micrómetros y luego de 9 micrómetros. Un conjunto alternativo de etapas de arena típicas es de 20 micrómetros, luego de 12 micrómetros y luego de 5 micrómetros. [4]
Los tipos de abrasivos incluyen óxido de aluminio , diamante industrial y carburo de silicio . Por lo general, el diamante solo se usa para moler materiales muy duros o para ciertos cristales. [5]
La óptica se pule en una mezcla de partículas abrasivas, un fluido portador y aditivos opcionales. [6] Los tipos de partículas abrasivas que se pueden utilizar incluyen óxido de cerio (IV) , diamante, óxido de aluminio y sílice coloidal . [6] Los aditivos opcionales incluyen agentes de suspensión, lubricantes y detergentes. [6]
Hay varios materiales que se pueden utilizar para componentes ópticos, incluidos varios tipos de vidrio, sílice fundida , silicio y cristal de cuarzo. [7] El fluoruro de calcio (CaF2) se puede utilizar como material óptico, aunque se fractura y raya fácilmente. [7]
Los materiales para componentes ópticos infrarrojos incluyen seleniuro de zinc (ZnSe), sulfuro de zinc (ZnS) y arseniuro de galio (GaAs). [7]
Las especificaciones de los componentes ópticos varían según su tipo:
Las especificaciones para prismas incluyen error piramidal, trayectoria del haz, desplazamiento y desviación del haz, ángulo de la base, virutas del borde del techo, frente de onda y polarización. [8]
Las especificaciones para lentes asféricas incluyen radio base con tolerancia, coeficientes cónicos y polinomiales, referencia de esfera de mejor ajuste, referencia de tabla de hundimiento, tolerancia al error de hundimiento, errores de pendiente versus ancho de banda, frente de onda por prueba especificada, inclinación y descentrado. [8]
Las especificaciones del recubrimiento óptico incluyen aperturas, reflexión, transmisión, absorción, cambio de fase, adhesión, resistencia a la abrasión y umbral de daño. [8]
Para evitar la pérdida irrecuperable de no alcanzar el espesor mínimo, los ópticos se esfuerzan por cumplir todas las demás especificaciones de un componente óptico con el espesor máximo permitido dentro de la tolerancia. [9]
La calidad de la superficie es la condición de la superficie de un componente óptico. Indica la presencia de imperfecciones, como rayones y hoyos. [10] Por lo general, se clasifica según las especificaciones de raspado y excavación (SD). [11]
Los estándares para especificar la calidad de la superficie incluyen la Especificación de desempeño militar de EE. UU. MIL-PRF-13830B e ISO 10110. [10] MIL-PRF-13830B antes era MIL-O-13830a. Otros estándares incluyen MIL-C-48497a y MIL-F-48616, que están formalmente inactivos y se aplican únicamente a recubrimientos. [11] Estos tres estándares militares carecen de especificaciones para parámetros estadísticos de la superficie, como la rugosidad cuadrática media, el error de pendiente y la ondulación. [11] Una extensión y mejora de MIL-PRF es el estándar ANSI/OEOSC OP1.002. [11]
El interferómetro de Fizeau es el tipo estándar de interferómetro que se utiliza en la fabricación óptica. [12]
La interferometría de costura se puede utilizar para probar asferas. Implica realizar pruebas de subapertura que se unen en una única imagen de alta resolución. [13]