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Based on an unpublished revision of the standard reference in the German optics industry. Designed as a source of facts, data and definitions, it reflects state--of--the--art technology and current practices in the United States and abroad. Practical in nature, it presents optical engineers with comprehensive coverage of material, tool and design methods and testing of the final product. Easily accessible with tables, graphs and equations, it will help professionals quickly and accurately find the most suitable solutions to their optical challenges.
机械加工与精密光学制造技术前沿：突破性进展与未来展望 一部全面梳理现代机械制造领域尖端技术与精密光学器件集成制造方法的专业著作 本书聚焦于：在工业4.0与智能制造浪潮的推动下，传统机械加工技术如何与超精密光学制造、先进材料科学及智能控制系统深度融合，以实现对复杂曲面、微纳结构以及功能性光学元件的高精度、高效率、低成本制造。本书旨在为光学工程、精密仪器、航空航天、半导体制造等领域的研发人员、工程师及高级学生提供一个深入且全面的技术视角。 --- 第一部分：先进材料的机械加工基础与挑战 本部分系统性地探讨了当前用于制造精密光学元件及相关机械结构件的关键材料的特性、加工机理与面临的挑战。 第一章：特种工程材料的切削机理与优化 本章详细分析了陶瓷基复合材料（CMC）、非晶合金（Bulk Metallic Glasses, BMGs）以及高硬度、高韧性金属合金（如镍基高温合金）在传统与非常规切削过程中的材料去除行为。重点关注了微观犁削、微裂纹萌生与扩展的机理，并提出了基于有限元分析（FEA）的切削参数优化模型，旨在最大限度地减少加工诱发的表面损伤层（Subsurface Damage, SSD）。 关键内容提炼：磨损机制的量化分析；刀具材料与涂层的选择对表面完整性的影响；振动对残余应力的控制策略。 第二章：超硬与脆性材料的磨粒加工特性 深入探讨了硅、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）等超硬脆性材料在研磨和抛光过程中的去除率与表面粗糙度（Ra, Rq）的相互关系。引入了基于化学机械作用（Chemo-Mechanical Effect）的去除模型，并对比了金刚石磨料与新型纳米颗粒磨料在去除效率上的差异。 关键内容提炼：实现亚纳米级表面粗糙度的过程控制；避免微观层面的晶格缺陷与微裂纹形成；冷却液配方对化学反应速率的调控。 --- 第二部分：非常规加工技术在光学制造中的应用 本部分侧重于介绍和评估那些能够超越传统机械加工极限，实现复杂、非球面或微结构制造的现代技术。 第三章：激光辅助材料去除技术（LAMT） 详述了不同波长、脉冲宽度（皮秒、飞秒）激光在光学玻璃、聚合物及半导体材料加工中的应用。重点解析了非线性吸收过程在实现无接触、无应力材料去除中的核心作用。 关键内容提炼：飞秒激光烧蚀的阈值精确控制；多光子吸收诱导的材料改性；激光诱导的等离子体屏蔽效应及其抑制。 第四章：超声波与电化学加工技术（USM & ECM） 本章分析了超声波加工（Ultrasonic Machining）在硬脆材料的快速成形中的潜力，特别是在大型或厚度不均组件的预加工阶段。同时，详细介绍了电化学加工（ECM）在制造高深宽比光学器件腔体或复杂内部流道时的优势，强调了电解液流体动力学（CFD）对加工精度的影响。 关键内容提炼：脉冲电流对去除率和表面光洁度的协同控制；非传统电极材料的开发与应用。 第五章：增材制造（AM）与后处理技术 系统考察了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等增材技术在制造复杂光学支架、集成光学系统基座方面的进展。讨论了增材制造带来的残余应力问题以及如何通过热等静压（HIP）和定向热处理来改善其微观结构和机械稳定性，使其满足后续精密光学加工的要求。 关键内容提炼：增材制造部件的孔隙率分析与控制；从增材到研磨的“一体化”设计理念。 --- 第三部分：精密表面形成与最终光洁度实现 本部分聚焦于实现光学元件最终表面质量的决定性步骤：精加工、超精抛光与表面功能化。 第六章：磁流变抛光（MRF）与离子束抛光（IBF）的理论与实践 这是实现非球面和自由曲面高精度抛光的关键章节。深入剖析了磁流变抛光中流体力学、磁场梯度与磨粒粘度之间的复杂相互作用，建立了基于修正接触面积模型的去除函数。同时，对比了离子束抛光在去除微小残余误差（如亚波长级波前误差）方面的无接触优势。 关键内容提炼：MRF过程中的“软接触”机制；离子束能量密度对材料去除速率和表面损伤的精确映射。 第七章：接触式精加工的误差补偿与在线监测 本章关注于数控磨抛设备（如双轴联动CNC磨床）在补偿机床误差和工件装夹误差方面的技术。介绍了实时反馈控制系统的构建，利用激光干涉仪和接触式探针对加工轨迹进行动态修正，以确保最终的光学性能（如表面形貌RMS值和波前误差PV值）达到指标要求。 关键内容提炼：误差源的解耦与量化；基于人工智能算法的工艺参数自适应调整。 第八章：光学薄膜沉积与表面功能化处理 讨论了先进光学元件的制造链的最后环节——功能性涂层的制备。详细介绍了电子束蒸发（E-Beam Evaporation）和磁控溅射（Magnetron Sputtering）技术在多层介质膜、增透膜或高反射膜制备中的应用。强调了膜层与基底之间的界面结合强度控制，以及如何通过等离子体刻蚀实现涂层的精确边缘界定。 关键内容提炼：薄膜应力的管理；在线监控光学常数和厚度的技术（如石英晶体微天平）。 --- 总结与展望 本书最后以对光学制造未来发展趋势的审视作结，展望了“零缺陷”制造、原位检测与自适应加工的集成系统，以及生物兼容性光学材料的精密加工挑战。本书提供了从材料选择、去除机理到最终表面质量控制的完整技术框架，是精密光学制造领域不可或缺的参考手册。
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