具有超低的表面粗糙度，可最大限度减少散射

若要持续而坚定地在激光系统中实现更高的通量和更低的损耗，需要采用能最大限度减少散射的光学组件，尤其是在使用高功率激光或很短的波长时，更是如此。通过超低的表面粗糙度实现这一点的光学元件通常称为“超精密抛光”的光学元件。虽然爱特蒙特光学® 已经开发了某项流程，可以将光学表面抛光到表面粗糙度 RMS 值小于一埃 (10^-10 m)m)，从而实现百万分之一级别的散射，但是没有任何行业标准粗糙度可作为认定光学元件是超精密抛光的依据。超精密抛光的光学元件非常适用于敏感的激光应用，例如气体分析的光腔衰荡系统、激光陀螺仪，以及需要低缺陷光学元件的其他系统。这些严格控制的表面采用诸如离子束溅射 (IBS) 等低损耗镀膜技术作为补充。

如何测量亚埃级表面粗糙度？

每部计量设备都有自己的可测量空间频率范围。表面粗糙度测量通常采用三种技术：传统干涉、白光干涉 (WLI) 和原子力显微镜 (AFM)。图 1 展示了这三种技术的重叠空间频率范围。

图 1：常用设备的空间频率范围（展示能力重叠范围）。¹

不同的空间频率范围对应于不同类型的表面误差。这些频率组没有明确定义的边界，但人们一般将其理解为涵盖特定的频率范围。传统的氦氖干涉仪显然非常适用于测量与典型泽尼克多项式关联的较低空间频率（也称为面形误差）。这些频率与 WLI 的空间中频略有重叠，但 WLI 更适合测量这种更细微的表面误差（也称为波痕）。在此范围内，误差开始导致散射和性能下降。WLI 和 AFM 都可以测量粗糙度，但是临界空间频率组取决于应用。视觉应用和波长较长的应用一般测量范围低于 2,000 个周期/mm，这种情况下可以使用 WLI。AFM 非常适用于更近地观察表面，在测量 UV 应用所需的空间高频时可能需要使用 AFM。

若使用的仪器空间频率范围较高，通常视场会较小。AFM 可用于直接测量亚埃级表面，但其视场小，敏感度高，因此更适合实验室使用，而不是在生产环境中进行粗糙度测量。凭借 AFM 和 WLI 之间的数据相关性，以及为确保后者实现最高性能而采取的步骤，爱特蒙特光学® 证实 WLI 可以成为生产环境中对超精密抛光表面的亚埃级表面粗糙度 RMS 值进行测量的有效工具。在我们的 SPIE 会议论文集内提供了亚埃级表面粗糙度计量技术的完整详细信息。²

如何制造超精密抛光的光学元件？

传统的递减式光学抛光是重复执行的流程，会使用越来越细的研磨颗粒消除早期的研磨和抛光步骤产生的损伤。不论使用的颗粒有多细，散粒研磨抛光都必然会带来亚表面损伤。表面和表面下的损伤部位将提升表面粗糙度和能量吸收，导致更多的能量散射，同时会产生热量并降低系统效率。散射与表面粗糙度的平方成正比。

但是，爱特蒙特光学所用的光学元件超精密抛光流程将关注点从机械抛光流程转移到浆料、玻璃和抛光盘之间的化学反应，从而完全消除了亚表面损伤。机械操作仅用于在拜尔培层中发生反应时去除基片中的元素。虽然硅玻璃不溶于水，但拜尔培层是在抛光期间形成的硅层，因氢氧根离子的扩散而改变，在形成后，会保护基片不受进一步变化的影响。³

具有亚埃级表面粗糙度的光学元件在创建时使用浸没抛光，其中含浆料的水化抛光盘会保持与光学元件相同的温度。温度与 pH 值受到严格控制，以促进化学反应，而表面张力对污染物构成屏障。⁴ 在我们的SPIE 会议论文集内的另一篇论文中提供了爱特蒙特光学浸没抛光流程发展的完整详细信息。

爱特蒙特光学的超精密抛光光学元件

爱特蒙特光学展示出在熔融石英制造的平面和球面光学元件上可以重复实现亚埃级的超精密抛光表面。在表面上没有可观察到的由制造流程遗留的任何结构，也没有可测量的任何亚表面损伤(表 1)。

表 1： 已证明浸没抛光将表面粗糙度 RMS 值从 >7Å 降低到 <1Å。在我们的 SPIE 会议论文集内提供了更多详细信息。