我成功研製世界最大口徑單體碳化矽反射鏡
日前從中國科學院獲悉，由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所承擔的國家重大科研裝備研製項目“4米量級高精度SiC非球面反射鏡整合製造系統”通過項目驗收。這是公開報道的世界上最大口徑碳化矽單體反射鏡，標誌我國光學系統製造能力躋身國際先進水準，為我國大口徑光電裝備跨越升級奠定了堅實基礎。
大口徑高精度非球面光學反射鏡是高解析度空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統的核心元件，其製造技術水準對一個國家的國防安全、國民經濟建設、基礎科研能力具有重要意義，也是衡量一個國家高性能光學系統研製水準的重要標誌。而碳化矽陶瓷材料是國際光學界公認的高穩定性光學反射鏡材料，採用碳化矽材料可大幅提高大口徑成像系統的性能。例如，對光學望遠鏡而言，反射鏡的口徑決定了望遠鏡的解析度——越是大口徑反射鏡的望遠鏡看得越清楚。
但是，做科學上能用的“大鏡子”是件很難的事，當口徑超過一定量級時，會給光學材料和光學加工帶來巨大的挑戰。4米，是一個坎——以可見光波段觀測為例，面型精度也就是鏡面的平整程度要求優於20奈米，相對於4米的反射鏡來說，這大概相當於把北京市面積大小的土地平整到高度差別小于1毫米。長期以來，大口徑反射鏡鏡坯製造和反射鏡加工技術一直被美國、法國、德國等少數西方國家掌握，我國始終不具備自主製造4米量級大口徑反射鏡能力。
在項目負責人、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員張學軍的帶領下，項目研發團隊歷經九年技術攻關，完成了碳化矽鏡坯製備、非球面加工檢測、碳化矽表面改性鍍膜的製造設備研製與製造工藝研究，形成了具有自主智慧財產權的4米量級高精度碳化矽非球面整合製造平臺，完成了4米量級高精度碳化矽非球面產品的研製。
張學軍介紹，大口徑高精度碳化矽非球面反射鏡製造主要關鍵技術瓶頸在於碳化矽材料製備、非球面加工檢測和高性能改性鍍膜三個方面。在碳化矽材料製備技術方面，研發團隊掌握了多項鏡坯製備關鍵技術，建立了大口徑碳化矽鏡坯製造平臺，並先後研製成功2米、3米單體碳化矽鏡坯，4米口徑整體碳化矽鏡坯，實現了我國大口徑碳化矽光學材料自主可控。在大口徑碳化矽非球面加工檢測技術方面，研發團隊在國內首次研製成功適用的非球面數控加工中心，創造性地提出一體化加工設備方案，完成了4米量級碳化矽非球面高精度加工，加工精度優於16奈米，全面實現4米量級碳化矽高精度加工與檢測技術自主可控。在大口徑碳化矽改性鍍膜技術方面，研發團隊在國際上首次研製成功SiC反射鏡改性與反射膜鍍制一體化設備，首次應用磁控濺射技術完成4米量級碳化矽表面改性，滿足高品質光學表面的拋光需求，實現4米碳化矽反射鏡表面高反射率薄膜鍍制，可見至長波紅外全譜段反射率優於95%。
據介紹，基於本項目研製完成的1.5米和2米量級碳化矽非球面反射鏡已成功應用於國家重大型號任務中。未來，4米量級碳化矽非球面反射鏡也將應用於國家地基大型光電系統，為大口徑光學系統的研製解決核心技術難題。（記者 齊芳）
