一、簡介

高精度光學系統，對光學器件加工工藝提出了亞納米-埃級粗糙度的要求。這些超高質量光學器件的需求，不僅推動了光學加工工藝的發展，也將表面粗糙度計量技術的發展推向了極限。

各種加工工藝都有一個共同點——它們以特定的方式，從被加工的表面去除一定數量的材料。在這一工程中，每一種工藝都會留下一個獨特特征，像一個“指紋”(Fingerprint)。不同紋理特征，可以以各種方式影響光學系統的性能，典型的如影響最佳成像質量，或造成光的散射。為了確保加工的器件滿足特定應用的要求，了解和表征各種工藝下，光學表面的紋理特征是至關重要的。

二、如何表征光學表面紋理

1.粗糙度參數

粗糙度數值分析是量化表面紋理最簡單和最常見的方法。但它們只能給出部分信息供參考。不同的加工工藝，在視覺上就已經完全不同的表面，但它們可能有相同的粗糙度數值。

2. 功率譜密度(PSD)

  PSD是評估光學表面特征的一個強大工具。不同的加工工藝的“指紋”特征，往往在頻域上更明顯和有意義，簡單的粗糙度數值分析和比較，無法分辨這些特征。PSD 使用傅里葉分析表面紋理在空間頻域上的特征。

三、各類工藝紋理實例

1. 研磨工藝表面紋理

圖3-1 研磨工藝表面紋理

使用10X的物鏡，測試以320um大小顆粒，研磨后的光學表面紋理特征。深色區域代表較深的劃痕，交叉紋理的產生是由于研磨板掃過表面，不同的旋轉方向下的劃痕。

2. 柏油拋光模及聚氨酯拋光模表面紋理

在傳統的精密光學制造中，常見有兩種拋光工藝——使用柏油拋光?；蚓郯滨伖饽?。

柏油拋光模通常用于超精密光學，柏油材質非常柔軟，因此不會劃傷光學表面。柏油的粘性也意味著它可以在室溫下緩慢流動，這允許它在塑造被拋光的光學表面形狀的同時，還保持密切的接觸?？梢缘玫椒浅９饣?、均勻的表面紋理特征，如圖2-2左熔石英玻璃材質光學表面。

當今很多批量制造的光學器件，都是用聚氨酯拋光模工藝加工的，這種拋光模更穩定，可以在更高的壓力和速度下運行，比柏油拋光模更有效率。然而，聚氨酯不像柏油那樣可以“流動”，所以其工藝“指紋”會留下較多的中頻紋理，不如經典柏油拋光模紋理光滑均勻。

在對應的功率譜密度圖（PSD）上可以清楚的看出，在中頻部分二者的不同。聚氨酯拋光模的中頻分量明顯大于經典柏油拋光模。

圖3-2 柏油拋光模（左）及聚氨酯拋光模（右）表面紋理

3.點金剛石車削表面紋理

另一個典型的例子如圖2-3。這是一個由單點金剛石車削過程產生，帶有清晰溝槽結構的光學表面。功率譜密度圖（PSD）清楚顯示該表面溝槽結構的空間頻率. 具備這樣紋理特征的表面，在紅外應用中通常是可以接受的，但在可見光和紫外應用中則會帶來麻煩，因為這一中頻誤差會導致顯著的散射和成像退化。

圖3-3 單點金剛石車削表面