0.1纳米超光滑表面元件（下）

超光滑表面是如何检测的？

由于超光滑表面的表面粗糙度数值极小，所以常规的金刚石探针接触扫描法精度已无法满足要求；高灵敏度的原子力显微镜(AFM)由于取样视场太小，适用于实验室，而非工业生产检验，所以目前检测光学元件粗糙度的主流方法是白光干涉法(WLI)。其原理是利用白光干涉测量光程差，获得比传统HeNe激光器干涉仪更精细的表面误差水平，以此来测定超光滑表面的表面粗糙度数值。

如图4所示，经准直后的光源经过分光棱镜后分成两束，一束光经被测表面反射回来，另一束光经参考镜反射。PZT驱动参考镜在垂直方向均匀、缓慢、连续运动，改变参考光路与测量光路的光程差。垂直扫描过程中，CCD顺序获取一系列的白光干涉图，通过三维形貌恢复算法计算并定位出每个像素点的零光程差位置，即可得到相应的高度信息，从而恢复出待测件的表面三维形貌，并可通过分析软件读取出所需要表面粗糙度Ra值。

图4 白光干涉检测粗糙度示意图

Zygo Newview8300白光干涉仪(图5)确保了产品表面粗糙度检测精度的稳定可靠。

图5 Zygo Newview8300白光干涉

超光滑表面是如何加工出来的？

由于传统的抛光加工是一种利用磨料的磨削作用去除表面层的过程，为获得更高精度的表面粗糙度就需要用到更精细的磨料。但研究表明当光学元件表面粗糙度Ra达到1nm级别之后，无论用多么细的磨料，松散的研磨抛光都会导致光学元件表面产生某种程度的亚表面损伤，从而阻碍光学元件表面粗糙度进一步的改善提升。熔石英光学元件不溶于水，但在抛光过程中会形成一层非晶态的SiO2层，我们称之为贝尔比层。一旦形成了这种结构，它就能保护熔石英表面不受磨料切削导致亚表面损伤[5]。利用这个特点，通过严格控制抛光液的温度和pH值，熔石英光学元件表面在抛光加工中形成结构稳定的贝尔比层，同时精确利用化学反应，加工出的光学元件表面粗糙度Ra可达到0.1nm级别。

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