亚纳米面形精度离子束抛光理论与方法研究

短波段光学是光学技术的发展前沿，也代表了国家的重大战略需求，开展亚纳米精度光学制造技术的研究是为了适应这一发展需求，具有重要的战略和科学意义。项目以极紫外光刻物镜的研制为背景，基于离子束抛光等最新光学加工手段，开展光学元件亚纳米精度生成机制的基础研究。针对宏微跨尺度误差亚纳米精度一致收敛的生成机理及其规律、工具及工艺形态和不同频段误差生成的映射关系以及伴生纳米现象的产生规律及其抑制方法等科学问题，从材料原子分子迁移过程中去除、流动和添加共生的新视角，研究原子分子迁移的可控规律，揭示亚纳米精度的生成机制；从不同工具和工艺形态对各频段误差抑制的有效性入手，研究亚纳米精度目标的可制造性条件；创新加工理论和方法，提出有效的亚纳米精度一致收敛的光学制造手段。突破光学亚纳米制造的瓶颈技术和掌握关键理论，为提高我国短波段光学元件的制造水平做贡献。

当前，不少先进光学系统都需要高精度光学零件，特别是以极紫外光刻、x-射线同步辐射等为代表的短波段光学系统对光学零件的精度要求非常高，优于1nm RMS。高精度光学零件的加工难题已成为短波光学技术发展的瓶颈。因此开展亚纳米精度光学制造技术的研究，解决高精度光学零件的加工难题，具有重要的战略和科学意义。本项目基于离子束抛光等新光学加工手段，开展光学元件亚纳米精度生成机制的基础研究。从材料原子分子迁移过程中去除、流动和添加共生的新视角出发，在传统的线性模型基础上，建立了离子束抛光加工中微观形貌演变的非线性模型，揭示了离子束加工中超光滑光学表面的形貌演变机理机制。项目提出了牺牲层辅助离子束超光滑抛光技术，利用牺牲层增强熔石英表面的平滑效应，抑制了微观结构的生成，获得了优于0.2nm RMS的超光滑表面。从工具和工艺形态对各频段误差的修正能力入手，研究亚纳米精度目标的可制造性条件。从“空频”联合域上分析了面形误差的收敛规律，揭示了不同频率误差面形的收敛速度取决于去除函数在此点的傅里叶谱。最后，提出了实现了全频段误差一致性收敛的两条工艺路线：1）组合添加/去除工艺，2）组合磁流变/光顺/离子束抛光工艺。通过组合工艺，实现了全频段误差一致性收敛，加工结果低、中、高频误差均优于1nm rms值。通过本项目的研究，形成光学亚纳米精度制造的相关理论和方法，突破了光学亚纳米制造的瓶颈技术，对推动我国光学加工技术进步，推进相关国家重光学工程实施具有重要支撑作用。项目研究成果突出，国际会议特邀报告一次；发表期刊论文9篇，SCI检索6篇，EI检索9篇；申请专利4项，已获授权2项。