از ماده خام تا سطح نوری دقیق
شیشه‌های اپتیکی، پیش از آن‌که در سیستم‌های دقیق نوری مانند لنز تلسکوپ، عدسی‌های میکروسکوپ، یا منشورهای طیف‌سنج به کار گرفته شوند، باید فرایندهای پیچیده‌ای را برای رسیدن به سطح نهایی صاف، دقیق و بدون اعوجاج طی کنند. این مسیر شامل شکل‌دهی مکانیکی اولیه، صاف‌سازی (Lapping)، و پالیش نهایی (Polishing) است. هر مرحله با دقت بالایی کنترل می‌شود، زیرا کیفیت سطح، ناهمواری میکروسکوپی، و میزان پسماند تنش‌های سطحی می‌توانند به‌شدت عملکرد اپتیکی را تحت تأثیر قرار دهند.
۱ . شکل‌دهی اولیه (Generating)
فرایند شکل‌دهی ابتدایی شامل برداشتن بخش عمده‌ای از ماده شیشه‌ای برای رسیدن به فرم هندسی پایه (مثلاً کروی، استوانه‌ای یا … ) است. این عملیات با استفاده از ماشین‌های CNC، ابزارهای دیسکی ساینده یا تراش‌های الماسی انجام می‌شود. در این مرحله، تلرانس‌های ابعادی نسبتاً بزرگ هستند و سطح زبری در حد چند ده میکرون قابل‌قبول است.
۲. صاف‌سازی (Fine Grinding / Lapping)
پس از شکل‌دهی اولیه، سطح شیشه با ذرات ساینده‌ی نرم‌تر مانند آلومینا (Al₂O₃) یا کاربید سیلیکون (SiC) در تماس قرار می‌گیرد تا ناهمواری‌ها کاهش یافته و انحناها دقیق‌تر تنظیم شوند. در این مرحله، ضخامت لایه‌برداری به‌صورت کنترل‌شده انجام می‌شود و زبری سطح به زیر ۵ میکرون می‌رسد. صاف‌سازی معمولاً با پَدهای تخت یا سطوح فلزی صاف انجام می‌شود.
۳. پولیش نوری (Optical Polishing)
پالیش نهایی مرحله‌ای حیاتی در تولید اجزای نوری است. هدف آن رسیدن به سطحی با زبری نانومتری (Ra < 1 nm) و حذف لایه‌ی آسیب‌دیده سطحی ناشی از فرایندهای قبلی است. تکنیک‌های مرسوم شامل:
- پالیش کلاسیک (Pitch Polishing) :
استفاده از یک دیسک پِچ (رزین طبیعی) همراه با سوسپانسیون اکسید سریم (CeO₂) یا اکسید آهن (Fe₂O₃) که سطح شیشه را با حرکات رفت‌وبرگشتی بسیار دقیق صیقل می‌دهد. - پالیش شیمیایی-مکانیکی (CMP) :
ترکیب واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده با اعمال فشار مکانیکی خفیف، به‌ویژه در مواد سخت و شیشه‌های مدرن استفاده می‌شود (مشابه آنچه در ساخت ویفرهای نیمه‌رسانا رایج است). - پالیش یونی (Ion Beam Figuring) :
تکنیکی بسیار دقیق برای اصلاح سطح در ابعاد نانومتری، با استفاده از پرتو یونی جهت تبخیر انتخابی ماده. در ساخت آینه‌های فضاپایه یا قطعات لیزری با کیفیت بالا کاربرد دارد.
۴. پالیش مواد پلیمری
شیشه‌های پلیمری مانند پلی‌کربنات یا COP به دلیل خواص حرارتی و نرم‌تر، نیازمند روش‌های متفاوتی هستند. قالب‌گیری دقیق (Precision Injection Molding) همراه با پالیش حرارتی (Flame Polishing) یا پرداخت با حلال، روش‌های رایج برای رسیدن به شفافیت و دقت نوری در این مواد هستند.
کنترل کیفیت سطح نهایی
برای اطمینان از کیفیت نهایی سطح، از ابزارهای متعددی بهره‌گیری می‌شود:
- :Interferometry : برای اندازه‌گیری اعوجاج های سطحی باقیمانده و انحراف از فرم ایده‌آل
- Profilometry :بررسی زبری سطح در مقیاس نانومتری
- :Scratch-Dig Standards : تعیین میزان خراش و لکه با استانداردهای MIL یا ISO
جمع‌بندی
فرایند پالیش و شکل‌دهی شیشه‌های اپتیکی، هنری علمی است که تعادل میان برداشت دقیق ماده، کنترل تنش‌های سطحی، و رسیدن به کیفیت نوری عالی را برقرار می‌کند. انتخاب روش صحیح پالیش و دقت در کنترل کیفیت، تأثیر مستقیمی بر عملکرد نهایی سیستم نوری خواهد داشت. آشنایی طراحان و مهندسان با این فرآیندها، به تصمیم‌گیری دقیق‌تر در طراحی و انتخاب نوع المان‌های اپتیکی کمک خواهد کرد.
