我成功研制世界最大口径单体碳化硅反射镜
4米口径高精度碳化硅非球面反射镜 张译心摄/光明图片
研究人员在观察加工中的碳化硅反射镜 张译心摄/光明图片
【科技前沿】
本报北京8月22日电 记者齐芳日前从中国科学院获悉，由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”通过项目验收。这是公开报道的世界上最大口径碳化硅单体反射镜，标志我国光学系统制造能力跻身国际先进水平，为我国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。
大口径高精度非球面光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件，其制造技术水平对一个国家的国防安全、国民经济建设、基础科研能力具有重要意义，也是衡量一个国家高性能光学系统研制水平的重要标志。而碳化硅陶瓷材料是国际光学界公认的高稳定性光学反射镜材料，采用碳化硅材料可大幅提高大口径成像系统的性能。例如，对光学望远镜而言，反射镜的口径决定了望远镜的分辨率——越是大口径反射镜的望远镜看得越清楚。
但是，做科学上能用的“大镜子”是件很难的事，当口径超过一定量级时，会给光学材料和光学加工带来巨大的挑战。4米，是一个坎——以可见光波段观测为例，面型精度也就是镜面的平整程度要求优于20纳米，相对于4米的反射镜来说，这大概相当于把北京市面积大小的土地平整到高度差别小于1毫米。长期以来，大口径反射镜镜坯制造和反射镜加工技术一直被美国、法国、德国等少数西方国家掌握，我国始终不具备自主制造4米量级大口径反射镜能力。
在项目负责人、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员张学军的带领下，项目研发团队历经九年技术攻关，完成了碳化硅镜坯制备、非球面加工检测、碳化硅表面改性镀膜的制造设备研制与制造工艺研究，形成了具有自主知识产权的4米量级高精度碳化硅非球面集成制造平台，完成了4米量级高精度碳化硅非球面产品的研制。
张学军介绍，大口径高精度碳化硅非球面反射镜制造主要关键技术瓶颈在于碳化硅材料制备、非球面加工检测和高性能改性镀膜三个方面。在碳化硅材料制备技术方面，研发团队掌握了多项镜坯制备关键技术，建立了大口径碳化硅镜坯制造平台，并先后研制成功2米、3米单体碳化硅镜坯，4米口径整体碳化硅镜坯，实现了我国大口径碳化硅光学材料自主可控。在大口径碳化硅非球面加工检测技术方面，研发团队在国内首次研制成功适用的非球面数控加工中心，创造性地提出一体化加工设备方案，完成了4米量级碳化硅非球面高精度加工，加工精度优于16纳米，全面实现4米量级碳化硅高精度加工与检测技术自主可控。在大口径碳化硅改性镀膜技术方面，研发团队在国际上首次研制成功SiC反射镜改性与反射膜镀制一体化设备，首次应用磁控溅射技术完成4米量级碳化硅表面改性，满足高质量光学表面的抛光需求，实现4米碳化硅反射镜表面高反射率薄膜镀制，可见至长波红外全谱段反射率优于95%。
据介绍，基于本项目研制完成的1.5米和2米量级碳化硅非球面反射镜已成功应用于国家重大型号任务中。未来，4米量级碳化硅非球面反射镜也将应用于国家地基大型光电系统，为大口径光学系统的研制解决核心技术难题。
原标题：中国成功研制世界最大口径单体碳化硅反射镜|非球面|长波红外|磁控溅射