实现太赫兹波高透射率的微结构超精密加工技术-论文.pdf

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1、2014年4月航空精密制造技术Apr．2014第50卷第2期AVIATIONPRECISIONMANUFACTURINGTECHNoLOGYyl0上5O』vn2垂精密加工誊萋鬟墓垂实现太赫兹波高透射率的微结构超精密加工技术陈耘辉，房丰洲，栗岩锋，王清月，胡小唐(天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072)[摘要]为针对提高太赫兹波透射率的需求，开展基于离子注入表面改性的脆性材料微结构超精密加工技术的研究，并将其应用于太赫兹波产生用磷化镓微棱锥结构的应用中。通过蒙特卡洛模拟指导注入参数，对比脆塑转变深度验证机械加工效果，成功加工出符合应用要求的微结构

2、。通过光学测试，该方法能够有效提高加工效率，改善加工质量，实现对脆性光学材料的一次成型加工。[关键词]离子注入；超精密加工；飞刀；磷化镓；太赫兹波[中图分类号]TN305．3[文献标识码]A[文章编号]1003—5451(2014)02—0001—03InvestigationonFly-cuttingofIon-implantedBrittleMaterialforEnhancementofTHzWaveOutputCHENYun—hui，FANGFeng-zhou，LIYan-feng，eta1．(ColegeofPrecisionInstrument

3、andOptoelectronicsEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072)[Abstract】Aimingatcarryingoutresearchonsingle—pointdiamondfly—cuttingusingionimplantationsurfacemodificationmethodanditsapplicationtoterahertzantireflectionmicro—pyramidstructuresonGaPcrystals．MonteCarlosimulationwascon

4、ductedtoguidetheactualimplantationexperimentsfortheoptimizationofsurfacemodificationresults．Tapercuttingwasusedtoverifytheenhancementofmechanicalpropertiesofthemodifiedmateria1．ActualGaPmicro—pyramidstructuresweredesigned，machinedandtested．Bytesting，itcanbeconcludedthatthemethodca

5、nimprovemanufacturingeficiencyandsurfacequalityofbrittleopticalmaterialsinonemachiningprocess．[Keywords]ionimplantation；ultra-precisionmachining；fly-cutting；GaP；THzwave1前言表面微结构加工。脆性光学材料，在机械加工过程中，表面易发生脆性光学材料，如磷化镓、碲化锌、铌酸锂，由于脆裂。这些材料本身具有硬度高、脆性大的特点，但是具有优越的紫外或红外透过率、高损伤阈值、高折射率对加工后的表面质量要求

6、又非常高，通常采用传统的等特性，在能源、国防、航空航天等领域光学系统中应车、磨削方法很难达到加工要求，一般只能通过研磨、用广泛，特别是在远红外[1]、太赫兹(THz)、x射线波抛光工艺加工。但是研磨、抛光工艺加工效率低，加段[4怍为关键光学器件被使用。脆性光学材料表面微结工成本高，对一些复杂曲面甚至无法加工。构的加工是先进制造技术的前沿领域，是现代高科技本文提出开展基于离子注入表面改性的脆性光产品关键零部件制造的核心支撑技术之一，其目标是学材料单点金刚石超精密飞刀加工技术的研究。首先实现材料表面无脆裂、高形貌精度和低表面粗糙度的提出离子注入表面改性超精密加

7、工方式同，利用离子注··实现太赫兹波高透射率的微结构超精密加工技术人方式在晶体表层引入缺陷簇，降低单晶材料表面层3实验结果与讨论硬度和弹性模量，抑制单晶切削过程中产生的层错以及位错环导致的切削力颤动，从而实现降低刀具磨损，3．1二维抗反射微结构设计提高切削表面质量的效果。之后使用单点金刚石超精本文采用GaP晶体，具有有效非线性系数大、THz密飞刀加工技术，通过金刚石单点控制加工，对复杂面波段吸收小的特点，被广泛用于1Ixm波段的超快激形的光学器件进行稳定可控加工，实现复杂表面微结光脉冲光学整流产生THz波。但是由于其在THz波段构的一次成型。的折射率高，所

8、产生的THz波在普通块状发射器的晶体一空气界面上菲涅尔反射率很高，