本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種反射鏡及其制備方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)今社會，隨著空間科學(xué)、天文研究、宇宙探測、地球信息及環(huán)境信息等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，高分辨率的成像質(zhì)量要求光學(xué)系統(tǒng)具有越來越大的口徑。

為保證反射鏡具有合適的徑厚比(否則可能會引起元件容易發(fā)生變形)，應(yīng)在增加反射鏡口徑的同時，增大反射鏡的厚度，然而這樣就會造成反射鏡重量的大大增加而無法承受自身重量，并且也會增加航空探測的成本和難度，迫切需要降低反射類元件的重量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種反射鏡的制備方法，可以大大減少反射鏡的自重，并保證反射鏡的牢固性。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種反射鏡。

本發(fā)明的目的是通過如下方案實(shí)現(xiàn)的：

一種反射鏡的制備方法，包括如下步驟：

備料：選取膨脹系數(shù)為5×10^-7/℃或膨脹系數(shù)≤1×10^-7/℃的石英玻璃作為坯料；

制備輕量化結(jié)構(gòu)層：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到帶有支撐架的第一玻璃板，所述的支撐架與第一玻璃板圍成預(yù)設(shè)形狀的槽，所述的預(yù)設(shè)形狀為三角形、四邊形、五邊形、六邊形、扇形或圓形；

制備第二玻璃板：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到預(yù)設(shè)形狀的第二玻璃板；

制備反射鏡毛坯：將熔接物涂覆在所述的第二玻璃板的熔接面，所述的熔接物為含鋁、硅類片狀或粉狀材料，其膨脹系數(shù)≤1.5×10^-7/℃，所述的熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和第二玻璃板的軟化溫度；將所述的第二玻璃板的熔接面與支撐架的熔接面進(jìn)行熔接得到反射鏡毛坯；

將所述的反射鏡毛坯進(jìn)行整形、磨砂和拋光處理后得到所述的反射鏡。

進(jìn)一步的，所述的熔接具體包括如下步驟：在500-1600℃條件下將所述的熔接物熔化，然后進(jìn)行降溫，在降至退火溫度前降溫速度大于100℃/小時，所述的退火溫度為300-900℃，退火溫度下保溫30-100min，然后降溫至室溫，從所述的退火溫度到室溫的降溫速度為10-80℃/小時。

進(jìn)一步的，所述的制備輕量化結(jié)構(gòu)層具體包括如下步驟：

將要成形的形狀通過軟件畫圖的方式輸入數(shù)控設(shè)備中，將整體石英玻璃固定在數(shù)控加工設(shè)備上，采用金剛石刀具對玻璃按照預(yù)設(shè)的圖形進(jìn)行切削和銑磨，最終獲得輕量化結(jié)構(gòu)層的整體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述的制備第二玻璃板具體包括如下步驟：將石英玻璃板狀材料固定在銑磨或平磨設(shè)備上，用金剛石類砂輪對石英玻璃板進(jìn)行層狀切削，最終制備出和輕量化結(jié)構(gòu)層具有高貼合度的第二玻璃板進(jìn)一步的，所述的反射鏡的口徑為500-1500mm，反射鏡的徑厚比為小于10:1。

進(jìn)一步的，所述的第一玻璃板上與所述的支撐架對應(yīng)的面的形狀為平面、球面或非球面。

進(jìn)一步的，所述的第二玻璃板上與所述的熔接面對應(yīng)的面的形狀為平面、球面或非球面。

進(jìn)一步的，所述的第二玻璃板與所述的輕量化結(jié)構(gòu)層的貼合度為1μm-1mm；所述的熔接物的厚度為1μm-1mm。

進(jìn)一步的，所述的槽相互連通且與外界連通。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種反射鏡，所述的反射鏡由上述任意一種制備方法制備而得。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的熔接過程采用了特殊的降溫制度，從而保證了制備出的反射鏡的牢固度，從而有效防止了反射鏡的變形，延長反射鏡的使用壽命，反射鏡能夠加工到PV小于0.1λ(λ＝632.8nm)；。

本發(fā)明采用支撐架結(jié)構(gòu)，在保證徑厚比可以滿足反射鏡的要求的條件下，大大降低了反射鏡的重量，從而有效降低了由于反射鏡自身重量造成的形變，延長了反射鏡的壽命，支撐架圍成的槽相互連通且與外界連通，其可以保證在外界環(huán)境變化時，不會因?yàn)椴劾锏臍怏w和反射鏡的膨脹不一致，而造成反射鏡變形的現(xiàn)象。

本發(fā)明采用具有高強(qiáng)度、低密度、熱穩(wěn)定性好的普通石英玻璃或低膨脹石英玻璃作為基材制備輕量化反射鏡具有可加工性能好、熱變形小、自重變形小、耐輻照等優(yōu)勢。

本發(fā)明中采用了蓋板層(第二玻璃板)，蓋板層可以有效的加強(qiáng)了輕量化結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，從而配合輕量化結(jié)構(gòu)層來實(shí)現(xiàn)反射鏡的穩(wěn)定，延長使用壽命；蓋板層與支撐架的固定采用熔接，熔接法固定具有強(qiáng)度高、應(yīng)力小、結(jié)合牢固、輕量化率高等優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明反射鏡實(shí)施例中反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明反射鏡實(shí)施例中槽體表面為三角形的支撐槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明反射鏡實(shí)施例中槽體表面為正方形的支撐槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明反射鏡實(shí)施例中槽體表面為六邊形的支撐槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明反射鏡實(shí)施例中槽體表面為圓形的支撐槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明反射鏡實(shí)施例中槽體表面為扇形的支撐槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合較佳實(shí)施例對本發(fā)明的方案做進(jìn)一步闡述，應(yīng)當(dāng)理解，較佳實(shí)施例只是為了方便對本發(fā)明方案的理解，而不作為本發(fā)明方案的限定。

如圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種反射鏡結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例中反射鏡包括輕量化結(jié)構(gòu)層1，第二玻璃板2和熔接物3，第二玻璃板2通過熔接物3熔接到輕量化結(jié)構(gòu)層1上；其中，輕量化結(jié)構(gòu)層為帶有支撐結(jié)構(gòu)的玻璃板，其包括第一玻璃板101，支撐架103及由支撐架103圍成的槽102。

本實(shí)施例中輕量化結(jié)構(gòu)層1和第二玻璃板2的材質(zhì)可以為石英玻璃、低膨脹石英玻璃、K9玻璃、微晶玻璃；本發(fā)明實(shí)施例對輕量化結(jié)構(gòu)層1和第二玻璃板2的材質(zhì)不做限定，優(yōu)選為膨脹系數(shù)為5×10^-7/℃或膨脹系數(shù)≤1×10^-7/℃的石英玻璃；

這里要說明的是：膨脹系數(shù)為5×10^-7/℃或膨脹系數(shù)≤1×10^-7/℃的石英玻璃具有高強(qiáng)度、低密度、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，可以大大增強(qiáng)反射鏡的穩(wěn)定性，有效防止其變形，延長反射鏡的使用壽命。

熔接物可以為玻璃類材料；本發(fā)明實(shí)施例對熔接物的種類不做限定，其中優(yōu)選的為含鋁、硅類片狀或粉狀材料，其膨脹系數(shù)≤1.5×10^-7/℃，具體的為B-Al-Si或Ca-Al-Si系統(tǒng)的玻璃類材料。

這里要說明的是：采用熔接技術(shù)將輕量化結(jié)構(gòu)層1和第二玻璃板2進(jìn)行熔接，可以使反射鏡具有強(qiáng)度高、應(yīng)力小、結(jié)合牢固的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)施例對槽102的形狀不做具體限定，圖2-6分別為槽體102表面為三角形、正方形、六邊形、圓形和扇形的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2-6可以知道，槽102表面可以為三角形、正方形、五邊形、六邊形、扇形和圓形等等，這里要說明的是：在保證反射鏡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下盡量增加槽102所占的空間，可以有效減少反射鏡的重量，更好的實(shí)現(xiàn)輕量化的效果，防止自重造成的反射鏡變形，延長反射鏡的使用壽命。

在具體實(shí)施時，本發(fā)明的第一玻璃板和第二玻璃板厚度可以設(shè)置為2mm-30mm，二者均可以作為反射面，支撐架厚度為作為反射面的玻璃板厚度的2-10倍。

這里要說明的是：反射板過薄則會造成反射鏡變形，而反射板過厚則會造成反射鏡的重量過大從而會使反射鏡減重效果差。

在具體實(shí)施時，所述的帶有反射面的玻璃板的反射面的形狀可以為平面、球面或非球面。

這里要說明的是：

平面反射鏡用于改變平行光的傳播角度，球面反射鏡用于光的聚焦或發(fā)散；非球面反射鏡用于使光線滿足特殊的光學(xué)效果。

在具體實(shí)施時，為了保證輕量化結(jié)構(gòu)層1與第二玻璃板2的熔接牢固，進(jìn)一步的，所述的第二玻璃板2和支撐架103的熔接面的表面貼合度為1μm-1mm；貼合度小于1μm，難以加工成形；貼合度大于1mm，則熔封效果差，熔封后的牢固度降低。

為了配合第二玻璃板3和支撐架103的熔接面的表面平整度，熔接物的厚度為1μm-1mm，這樣可以保證熔接的牢固。

這里要說明的是：熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和所述的第二玻璃板的的軟化溫度，這樣才能實(shí)現(xiàn)整體在爐中熔接。

支撐槽的槽102相互連通且與外界連通，其作用是在外界環(huán)境變化時，不會因?yàn)榭锥蠢锏臍怏w和反射鏡的膨脹不一致，而造成反射鏡變形的現(xiàn)象。

下面是具體的制備方法：

實(shí)施例1

一種反射鏡的制備方法，包括如下步驟：

備料：選取膨脹系數(shù)為5×10^-9/℃的石英玻璃作為坯料，口徑為1200mm；

制備輕量化結(jié)構(gòu)層：將所述的坯料經(jīng)數(shù)控加工的方式得到帶有支撐架的第一玻璃板，具體為采用金剛石刀具按照設(shè)定好的形狀進(jìn)行切削或銑磨加工，進(jìn)刀量為0.1mm。所述的支撐架與第一玻璃板圍成預(yù)設(shè)形狀的槽，所述的預(yù)設(shè)形狀為五邊形，并通過槽壁打孔的方式使各槽相互連通；第一玻璃板厚度為20mm，支撐架厚度為60mm，第一玻璃板為非球面型；

制備第二玻璃板：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到平面型第二玻璃板，具體為將石英玻璃板通過銑磨手段用金剛石砂輪層狀切削后制得，進(jìn)刀量為2mm,第二玻璃板厚度為20mm；

通過控制銑刀的角度來調(diào)節(jié)第二玻璃板的貼合度，貼合度為10μm。

制備反射鏡毛坯：將熔接物涂覆在所述的第二玻璃板的熔接面，所述的熔接物為含鋁、硅類片狀或粉狀材料，本實(shí)例使用Ca-Al-Si特種玻璃系統(tǒng)，質(zhì)量百分比為CaO 10％、Al₂O₃ 30％、SiO₂ 50％，其膨脹系數(shù)1-3×10^-8/℃，所述的熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和第二玻璃板的軟化溫度；將所述的第二玻璃板的熔接面與支撐架的熔接面進(jìn)行熔接得到反射鏡毛坯；熔接步驟為：在1200℃條件下將所述的熔接物熔化，然后進(jìn)行降溫，在降至退火溫度前降溫速度大于100℃/小時，所述的退火溫度為500℃，退火溫度下保溫30min，然后降溫至室溫，從所述的退火溫度到室溫的降溫速度為50℃/小時。將所述的反射鏡毛坯進(jìn)行整形、磨砂和拋光處理后得到所述的反射鏡。具體的為將反射鏡毛坯進(jìn)行圓度加工，圓度控制在0.01mm以內(nèi)，粗糙度控制在320#砂以內(nèi)，然后用單軸機(jī)進(jìn)行上下表面磨砂處理，經(jīng)過砂號為W40、W20和W14金剛砂的磨削后，再用數(shù)控小磨頭進(jìn)行拋光處理，表面面形加工到0.1λ。

實(shí)施例2

一種反射鏡的制備方法，包括如下步驟：

備料：選取膨脹系數(shù)為5×10^-7/℃的石英玻璃作為坯料，口徑為500mm；

制備輕量化結(jié)構(gòu)層：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到帶有支撐架的第一玻璃板，具體為采用金剛石刀具按照設(shè)定好的形狀進(jìn)行切削或銑磨加工，進(jìn)刀量為0.2mm。所述的支撐架與第一玻璃板圍成預(yù)設(shè)形狀的槽，所述的預(yù)設(shè)形狀為三角形，并通過槽壁打孔的方式使各槽相互連通；第一玻璃板厚度為15mm，支撐架厚度為50mm，第一玻璃板為平面型；

制備第二玻璃板：將所述的坯料經(jīng)冷加工,具體為將石英玻璃板通過平磨手段用金剛石砂輪層狀切削后制得，進(jìn)刀量為0.1mm,得到平面型第二玻璃板，第二玻璃板厚度為15mm；

制備反射鏡毛坯：將熔接物涂覆在所述的第二玻璃板的熔接面，所述的熔接物為含鋁、硅類片狀或粉狀材料，本實(shí)例使用B-Al-Si特種玻璃系統(tǒng)，質(zhì)量百分比為B₂O₃ 15％、Al₂O₃ 15％、SiO₂ 60％，其膨脹系數(shù)3-5×10^-7/℃，所述的熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和第二玻璃板的軟化溫度；將所述的第二玻璃板的熔接面與支撐架的熔接面進(jìn)行熔接得到反射鏡毛坯；熔接步驟為：在1100℃條件下將所述的熔接物熔化，然后進(jìn)行降溫，在降至退火溫度前降溫速度大于100℃/小時，所述的退火溫度為600℃，退火溫度下保溫60min，然后降溫至室溫，從所述的退火溫度到室溫的降溫速度為10-80℃/小時。

將所述的反射鏡毛坯進(jìn)行整形、磨砂和拋光處理后得到所述的反射鏡。具體的為將反射鏡毛坯進(jìn)行圓度加工，圓度控制在0.01mm以內(nèi)，粗糙度控制在320#砂以內(nèi)，然后用單軸機(jī)進(jìn)行上下表面磨砂處理，經(jīng)過砂號為W40、W20和W14金剛砂的磨削后，再用環(huán)拋機(jī)進(jìn)行拋光處理，表面面形加工到0.1λ。

實(shí)施例3

一種反射鏡的制備方法，包括如下步驟：

備料：選取膨脹系數(shù)為1×10^-7/℃的石英玻璃作為坯料，口徑為1000mm；

制備輕量化結(jié)構(gòu)層：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到帶有支撐架的第一玻璃板，具體為采用金剛石刀具按照設(shè)定好的形狀進(jìn)行切削或銑磨加工，進(jìn)刀量為0.3mm。所述的支撐架與第一玻璃板圍成預(yù)設(shè)形狀的槽，所述的預(yù)設(shè)形狀為扇形；第一玻璃板厚度為28mm，支撐架厚度為80mm，第一玻璃板為球面型；

制備第二玻璃板：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到平面型第二玻璃板，具體為將石英玻璃板通過銑磨手段用金剛石砂輪層狀切削后制得，進(jìn)刀量為2.5mm,第二玻璃板厚度為28mm；

制備反射鏡毛坯：將熔接物涂覆在所述的第二玻璃板的熔接面，所述的熔接物為含鋁、硅類片狀或粉狀材料本實(shí)例使用B-Al-Si特種玻璃系統(tǒng)，質(zhì)量百分比為CaO 10％、Al₂O₃ 30％、SiO₂ 50％，其膨脹系數(shù)0.8-3×10^-7/℃，所述的熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和第二玻璃板的軟化溫度；將所述的第二玻璃板的熔接面與支撐架的熔接面進(jìn)行熔接得到反射鏡毛坯；熔接步驟為：在1100℃條件下將所述的熔接物熔化，然后進(jìn)行降溫，在降至退火溫度前降溫速度大于100℃/小時，所述的退火溫度為600℃，退火溫度下保溫30-100min，然后降溫至室溫，從所述的退火溫度到室溫的降溫速度為60℃/小時。

將所述的反射鏡毛坯進(jìn)行整形、磨砂和拋光處理后得到所述的反射鏡。具體的為將反射鏡毛坯進(jìn)行圓度加工，圓度控制在0.01mm以內(nèi)，粗糙度控制在320#砂以內(nèi)，然后用單軸機(jī)進(jìn)行上下表面磨砂處理，經(jīng)過砂號為W40、W20和W14金剛砂的磨削后，再用數(shù)控小磨頭進(jìn)行拋光處理，表面面形加工到0.1λ。

實(shí)施例4

一種反射鏡的制備方法，包括如下步驟：

備料：選取膨脹系數(shù)為1×10^-8/℃的石英玻璃作為坯料，口徑為1500mm；

制備輕量化結(jié)構(gòu)層：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到帶有支撐架的第一玻璃板，具體為采用金剛石刀具按照設(shè)定好的形狀進(jìn)行切削或銑磨加工，進(jìn)刀量為0.1mm。所述的支撐架與第一玻璃板圍成預(yù)設(shè)形狀的槽，所述的預(yù)設(shè)形狀為圓形；第一玻璃板厚度為40mm，支撐架厚度為300mm，第一玻璃板為非球面型；

制備第二玻璃板：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到平面型第二玻璃板，具體為將石英玻璃板通過銑磨手段用金剛石砂輪層狀切削后制得，進(jìn)刀量為1.5mm,第二玻璃板厚度為40mm；

制備反射鏡毛坯：將熔接物涂覆在所述的第二玻璃板的熔接面，所述的熔接物為含鋁、硅類片狀或粉狀材料本實(shí)例使用B-Al-Si特種玻璃系統(tǒng)，質(zhì)量百分比為CaO 10％、Al₂O₃ 30％、SiO₂ 50％，其膨脹系數(shù)為1-3×10^-8/℃，所述的熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和第二玻璃板的軟化溫度；將所述的第二玻璃板的熔接面與支撐架的熔接面進(jìn)行熔接得到反射鏡毛坯；熔接步驟為：在1100℃條件下將所述的熔接物熔化，然后進(jìn)行降溫，在降至退火溫度前降溫速度大于100℃/小時，所述的退火溫度為600℃，退火溫度下保溫30-100min，然后降溫至室溫，從所述的退火溫度到室溫的降溫速度為60℃/小時。

將所述的反射鏡毛坯進(jìn)行整形、磨砂和拋光處理后得到所述的反射鏡。

實(shí)施例5

一種反射鏡的制備方法，包括如下步驟：

備料：選取膨脹系數(shù)為6×10^-8/℃的石英玻璃作為坯料，口徑為800mm；

制備輕量化結(jié)構(gòu)層：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到帶有支撐架的第一玻璃板，具體為采用金剛石刀具按照設(shè)定好的形狀進(jìn)行切削或銑磨加工，進(jìn)刀量為0.2mm。所述的支撐架與第一玻璃板圍成預(yù)設(shè)形狀的槽，所述的預(yù)設(shè)形狀為六邊形；第一玻璃板厚度為30mm，支撐架厚度為80mm，第一玻璃板為平面型；

制備第二玻璃板：將所述的坯料經(jīng)冷加工得到非球面型第二玻璃板，具體為將石英玻璃板通過平磨手段用金剛石砂輪層狀切削后制得，進(jìn)刀量為0.1mm,第二玻璃板厚度為30mm；

制備反射鏡毛坯：將熔接物涂覆在所述的第二玻璃板的熔接面，所述的熔接物為含鋁、硅類片狀或粉狀材料本實(shí)例使用Ca-Al-Si特種玻璃系統(tǒng)，質(zhì)量百分比為CaO 10％、Al₂O₃ 30％、SiO₂ 50％，其膨脹系數(shù)4-8×10^-8/℃，所述的熔接物的熔化溫度低于所述的輕量化結(jié)構(gòu)層和第二玻璃板的軟化溫度；將所述的第二玻璃板的熔接面與支撐架的熔接面進(jìn)行熔接得到反射鏡毛坯；熔接步驟為：在1100℃條件下將所述的熔接物熔化，然后進(jìn)行降溫，在降至退火溫度前降溫速度大于100℃/小時，所述的退火溫度為500℃，退火溫度下保溫30min，然后降溫至室溫，從所述的退火溫度到室溫的降溫速度為50℃/小時。

將所述的反射鏡毛坯進(jìn)行整形、磨砂和拋光處理后得到所述的反射鏡。具體的為將反射鏡毛坯進(jìn)行圓度加工，圓度控制在0.01mm以內(nèi)，粗糙度控制在320#砂以內(nèi)，然后用單軸機(jī)進(jìn)行上下表面磨砂處理，經(jīng)過砂號為W40、W20和W14金剛砂的磨削后，再用環(huán)拋機(jī)進(jìn)行拋光處理，表面面形加工到0.1λ。

本發(fā)明中未盡之處，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)行選擇即可完成，在此不再過多贅述，但均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。