一、简介

高精度光学系统，对光学器件加工工艺提出了亚纳米-埃级粗糙度的要求。这些超高质量光学器件的需求，不仅推动了光学加工工艺的发展，也将表面粗糙度计量技术的发展推向了极限。

各种加工工艺都有一个共同点——它们以特定的方式，从被加工的表面去除一定数量的材料。在这一工程中，每一种工艺都会留下一个独特特征，像一个“指纹”(Fingerprint)。不同纹理特征，可以以各种方式影响光学系统的性能，典型的如影响最佳成像质量，或造成光的散射。为了确保加工的器件满足特定应用的要求，了解和表征各种工艺下，光学表面的纹理特征是至关重要的。

二、如何表征光学表面纹理

1.粗糙度参数

粗糙度数值分析是量化表面纹理最简单和最常见的方法。但它们只能给出部分信息供参考。不同的加工工艺，在视觉上就已经完全不同的表面，但它们可能有相同的粗糙度数值。

2. 功率谱密度(PSD)

  PSD是评估光学表面特征的一个强大工具。不同的加工工艺的“指纹”特征，往往在频域上更明显和有意义，简单的粗糙度数值分析和比较，无法分辨这些特征。PSD 使用傅里叶分析表面纹理在空间频域上的特征。

三、各类工艺纹理实例

1. 研磨工艺表面纹理

图3-1 研磨工艺表面纹理

使用10X的物镜，测试以320um大小颗粒，研磨后的光学表面纹理特征。深色区域代表较深的划痕，交叉纹理的产生是由于研磨板扫过表面，不同的旋转方向下的划痕。

2. 柏油抛光模及聚氨酯抛光模表面纹理

在传统的精密光学制造中，常见有两种抛光工艺——使用柏油抛光模或聚氨酯抛光模。

柏油抛光模通常用于超精密光学，柏油材质非常柔软，因此不会划伤光学表面。柏油的粘性也意味着它可以在室温下缓慢流动，这允许它在塑造被抛光的光学表面形状的同时，还保持密切的接触。可以得到非常光滑、均匀的表面纹理特征，如图2-2左熔石英玻璃材质光学表面。

当今很多批量制造的光学器件，都是用聚氨酯抛光模工艺加工的，这种抛光模更稳定，可以在更高的压力和速度下运行，比柏油抛光模更有效率。然而，聚氨酯不像柏油那样可以“流动”，所以其工艺“指纹”会留下较多的中频纹理，不如经典柏油抛光模纹理光滑均匀。

在对应的功率谱密度图（PSD）上可以清楚的看出，在中频部分二者的不同。聚氨酯抛光模的中频分量明显大于经典柏油抛光模。

图3-2 柏油抛光模（左）及聚氨酯抛光模（右）表面纹理

3.点金刚石车削表面纹理

另一个典型的例子如图2-3。这是一个由单点金刚石车削过程产生，带有清晰沟槽结构的光学表面。功率谱密度图（PSD）清楚显示该表面沟槽结构的空间频率. 具备这样纹理特征的表面，在红外应用中通常是可以接受的，但在可见光和紫外应用中则会带来麻烦，因为这一中频误差会导致显著的散射和成像退化。

图3-3 单点金刚石车削表面