1  錢(qián)宜剛5  焦宏飛61 季華實(shí)驗室（先進(jìn)制造科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗室）

2 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所

3 中山大學(xué)  物理與天文學(xué)院

4 華中科技大學(xué)  光學(xué)與電子信息學(xué)院

5 中天科技有限公司

6 同濟大學(xué)  物理科學(xué)與工程學(xué)院

隨著(zhù)激光核聚變、空間對地觀(guān)測、深空探測、極紫外光刻等關(guān)鍵領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對高面形精度、高表面質(zhì)量光學(xué)元件需求的不斷增加，先進(jìn)光學(xué)超精密制造技術(shù)已成為國家高端制造領(lǐng)域的核心支柱。文章圍繞光學(xué)元件的材料制備技術(shù)、超精密成形、拋光、檢測及表面處理技術(shù)等方面，闡述了國內先進(jìn)光學(xué)超精密制造技術(shù)的研究現狀，分析了國內該領(lǐng)域存在的問(wèn)題及應對措施，對先進(jìn)光學(xué)超精密制造技術(shù)的下一個(gè)新階段進(jìn)行了展望，希望能引發(fā)該領(lǐng)域研究的一些思考。

一、光學(xué)制造的重大需求與特點(diǎn)

光學(xué)制造重大需求

光學(xué)制造技術(shù)作為現代精密工業(yè)的核心支柱，深刻影響著(zhù)激光核聚變、空間對地觀(guān)測、深空探測、極紫外光刻等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程。隨著(zhù)全球科技競爭加劇，光學(xué)制造技術(shù)不斷突破傳統限制，向著(zhù)高精度、高表面質(zhì)量方向邁進(jìn)，光學(xué)元件的面形精度和表面質(zhì)量已成為衡量國家高端制造能力的重要標志。

強激光系統作為超精密制造技術(shù)的典型代表，在強激光系統的核心性能（如穩定性、功率輸出及光束質(zhì)量）中，光學(xué)元件的超精密制造技術(shù)起著(zhù)決定性作用。以激光核聚變裝置為例，大口徑透鏡需要實(shí)現極高面形精度與亞納米級表面粗糙度，同時(shí)對元件裝調精度要求達到微弧度量級，系統需在高功率下保持長(cháng)期穩定性。

在空間光學(xué)遙感及深空探測領(lǐng)域，光學(xué)系統中的光學(xué)元件性能要求越來(lái)越高。主要表現在：口徑越來(lái)越大，已經(jīng)提高至4m量級以上；輕量化率越來(lái)越高，從以往的60%到如今85%以上；面形精度要求越來(lái)越高，從0.020λRMS（均方根）降至0.01λRMS以下。

在極紫外光刻領(lǐng)域，光刻系統的核心是高精度的反射鏡組，通常由多塊超光滑反射鏡組成。這些反射鏡需要經(jīng)過(guò)超精密加工和特殊鍍膜，以確保極高的反射率和低散射。這些反射鏡面形精度的峰谷值（PV）小于1 nm，表面粗糙度需控制在0.1 nm（RMS）以下，任何微小缺陷如原子級凹凸均會(huì )導致光線(xiàn)散射，影響成像分辨率。

綜合來(lái)看，強激光系統、空間光學(xué)系統、極紫外光刻機等重大裝備的極限技術(shù)指標對超精密加工工藝提出了近乎嚴苛的挑戰，此類(lèi)需求標志著(zhù)光學(xué)制造技術(shù)向著(zhù)原子級制造的方向快速發(fā)展。

先進(jìn)光學(xué)超精密制造特點(diǎn)

伴隨著(zhù)光學(xué)元件制造需求的增強，目前光學(xué)元件的主要形狀類(lèi)型涵蓋平球面、非球面、柱面、錐面、自由曲面等多種類(lèi)型。多樣化的光學(xué)元件特點(diǎn)、性能要求給光學(xué)元件的超精密制造技術(shù)帶來(lái)了極大挑戰。其特點(diǎn)與挑戰如下：

1、低頻高精度

形狀復雜、陡度高的光學(xué)元件的應用場(chǎng)景對光學(xué)系統的波前精度提出嚴苛的制造要求，對元件的單鏡面形高精度制造技術(shù)、面形高精度檢測技術(shù)、系統級元件組合修配技術(shù)提出了很大挑戰。

2、中頻淺紋理

強激光等領(lǐng)域的光學(xué)元件相較于傳統元件對中頻控制要求更高，對器件低損傷成形技術(shù)、中頻誤差平滑技術(shù)、中頻誤差高精度測量與修整技術(shù)帶來(lái)巨大挑戰。

3、高頻超光滑

相較于傳統元件，極紫外光刻等領(lǐng)域的光學(xué)元件在低缺陷、超光滑方面要求極高，對低損傷成形技術(shù)、拋光損傷控制技術(shù)、超光滑表面處理技術(shù)、清洗技術(shù)等帶來(lái)巨大挑戰。

4、姿態(tài)高精度

光學(xué)元件的應用場(chǎng)景對光學(xué)面與裝調基準的相對位置精度提出了更為嚴格的制造要求，對加工檢測全流程基準傳遞與控制技術(shù)帶來(lái)較大的挑戰。

圖1 先進(jìn)光學(xué)超精密制造特點(diǎn)

綜上所述，先進(jìn)光學(xué)制造區別于傳統元件的高精度制造要求也給技術(shù)、工藝和裝備的發(fā)展提供新的動(dòng)力，面向先進(jìn)光學(xué)元件制造的技術(shù)應具有3個(gè)特點(diǎn)：拋光去除量分布的高準確性控制；去除函數效率和尺度的大范圍調控能力；表面光潔度和粗糙度的工藝控制方法。以實(shí)現先進(jìn)光學(xué)元件控形控性全頻段高精度制造。同時(shí)，需要形成單項制造技術(shù)瓶頸突破為基礎、全制造流程關(guān)鍵環(huán)節的全鏈路協(xié)同制造能力提升的發(fā)展新范式。

二、超精密制造技術(shù)發(fā)展現狀

光學(xué)元件材料制備技術(shù)

目前全球大尺寸光學(xué)玻璃的產(chǎn)業(yè)化制備能力高度集中，僅美國康寧公司（Corning）、德國賀利氏公司（Heraeus）、日本小原公司（Ohara）及德國肖特公司（Schott）等企業(yè)掌握600 mm以上口徑產(chǎn)品的批量生產(chǎn)技術(shù)。此類(lèi)企業(yè)憑借其在不同系列材料所表現出的優(yōu)異光學(xué)均勻性（折射率波動(dòng)極低）、極低熱膨脹系數和極低羥基含量等特點(diǎn)，已成為各類(lèi)光學(xué)系統中關(guān)鍵光學(xué)元件的核心基材。

以低羥基、高光學(xué)均勻性、高透過(guò)率、低殘余應力的高端的石英玻璃材料為例，其生產(chǎn)工藝復雜，制備技術(shù)難度大。雖然理論上有3種低羥基石英玻璃可研制工藝（間接法、PCVD直接法、合成石英砂電熔法），但目前只有美國、日本、德國等少數國家掌握穩定批量生產(chǎn)技術(shù)，且均采用VAD（軸向氣相沉積法）間接法氣相合成技術(shù)，其主要性能指標如表1所示。

表1 國外主要廠(chǎng)家低羥基石英玻璃產(chǎn)品典型指標

國內傳統石英廠(chǎng)家以直接法CVD（化學(xué)氣相沉積法）生產(chǎn)工藝技術(shù)為主，受限于工藝機理，石英產(chǎn)品的純度的提升存在難度，同時(shí)其反應機理決定了其產(chǎn)品羥基含量較高，大尺寸低羥基石英玻璃目前還主要依賴(lài)進(jìn)口。

超精密成形技術(shù)

典型光學(xué)元件具有曲面形狀復雜、高陡度、變曲率、材料硬脆，以及高面形精度、高表面質(zhì)量、強抗激光輻照損傷等制造要求，元件需要采用精密/超精密磨削—超精密拋光的復合工藝鏈方法進(jìn)行制造，磨削加工能夠高效去除材料并保證元件面形精度，而拋光加工能夠獲得納米級表面粗糙度并消除磨削亞表層損傷層。

超精密磨削是磨削表面形狀精度<1.0 μm、表面粗糙度Ra < 25 nm、亞表面損傷深度接近于零的加工方法，主要面向硬脆材料的精密超精密加工。在硬脆光學(xué)元件超精密磨削方面，國外以德國不萊梅大學(xué)、英國克蘭菲爾德大學(xué)為代表的高校，以英國克朗菲爾精密工程公司（Cranfield Precision），美國慕爾工業(yè)公司（Moore）、普瑞思泰克有限公司（Precitech），日本長(cháng)瀨產(chǎn)業(yè)株式會(huì )社（Nagasei），德國施耐德光學(xué)機械公司（Schneider）及薩特隆公司（Satisloh）、聯(lián)合磨削集團（United Grinding）等為代表的超精密及精密磨削機床公司對超精密磨削加工工藝及超精密磨削機床進(jìn)行了系統全面的研究，并成功應用于直徑達數米的天文望遠鏡子鏡、尺寸數百毫米的紅外光學(xué)透鏡及自由曲面、尺寸數十毫米的微透鏡陣列微結構功能表面等一系列超精密光學(xué)元件的加工，能夠獲得亞微米級面形精度及納米級表面粗糙度。國內以哈爾濱工業(yè)大學(xué)、湖南大學(xué)、大連理工大學(xué)等為代表的高校及中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“長(cháng)春光機所”）、中國航天科技集團有限公司第五研究院第五〇八研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“航天508所”）、中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“成都光電所”）等為代表的研究所都對光學(xué)元件等硬脆材料超精密元件的制造進(jìn)行了系統研究并成功應用于導彈整流罩加工、硅片磨削、大尺寸碳化硅天文望遠鏡反射鏡及多種尺寸、不同材料的光學(xué)元件加工。光學(xué)元件的超精密磨削成形需要實(shí)現光學(xué)功能表面面形精度、表面質(zhì)量、精密磨削形變的協(xié)同控制，目前國內外在超精密磨削工藝、缺陷控制、低應力形變成形等方面都存在較大差距。

超精密拋光技術(shù)

對于光學(xué)元件的復雜結構、高陡度、變曲率等特點(diǎn)，要求形位精度達到亞微米級，全頻段誤差達到納米級，近無(wú)（亞）表面缺陷，超精密加工難度極大。一般地，元件采用氣囊/射流拋光技術(shù)現實(shí)現器件磨削破壞層的快速去除及表面光潔度的快速提升，并且保持磨削后的初始輪廓精度；磁流變/離子束拋光實(shí)現表面面形誤差的高精度修形，尤其是低中頻誤差修正；小工具拋光在保形拋光前提下實(shí)現平滑表面的碎帶誤差，使得面形誤差平滑可修。超精密拋光主要存在的挑戰是結構約束下光學(xué)元件表面及亞表面缺陷控制和全表面輪廓全頻段納米精度確定性控制。

針對光學(xué)元件的超精密拋光，國外研制了所需要的核心裝備，從設備功能和性能上，基本上能滿(mǎn)足拋光需求。例如，以美國普瑞泰克國際有限公司（QED Technologies International Inc.）、德國NTG新技術(shù)有限公司（NTG Neue Technologien GmbH）、英國澤科有限公司（Zeeko Ltd）、美國OPTIMAX控股有限公司（Optimax Systems Inc.）等公司，研制了國際最先進(jìn)的磁流變拋光設備、離子束拋光設備、氣囊/射流拋光設備和小工具設備，具有較高的復雜曲面光學(xué)元件加工精度。國內多家單位同時(shí)也在開(kāi)展復雜曲面超精密拋光設備研發(fā)，然而受?chē)膺M(jìn)口限制，國內設備研制與國外先進(jìn)水平有一定差距。在磁流變拋光裝備方面，存在小型磁流變拋光頭效率低、穩定性差、曲面加工去除函數畸變嚴重、曲面傾角加工范圍不夠大等問(wèn)題；在離子束拋光裝備方面，存在小束斑調控和雜質(zhì)濺射污染的問(wèn)題；在射流拋光裝備方面，存在去除效率低、穩定性和可靠性不高等問(wèn)題。

此外，光學(xué)元件復合拋光工藝技術(shù)應用廣泛，成都光電所、長(cháng)春光機所等研究院所，國內優(yōu)秀企業(yè)如長(cháng)光集智光學(xué)科技有限公司、北京國望光學(xué)科技有限公司等都利用多類(lèi)型拋光手段實(shí)現非球面光學(xué)元件的納米級精度制造，典型器件如光刻物鏡等制造精度RMS可達2 nm以下。未來(lái)需要聚焦影響元件性能的關(guān)鍵精度、完整性特性，攻克單項拋光工藝關(guān)鍵技術(shù)，基于多指標協(xié)同控制優(yōu)化復合加工工藝，提高光學(xué)元件拋光精度、確定性，縮短制造周期，滿(mǎn)足系統對光學(xué)元件的批量制造需求。

超精密檢測技術(shù)

光學(xué)元件質(zhì)量直接影響整個(gè)光學(xué)系統的效率及穩定性，為了保證光學(xué)元件在實(shí)際應用過(guò)程中的性能達標與高可靠性，針對光學(xué)元件的超精密檢測技術(shù)至關(guān)重要。光學(xué)元件精密檢測技術(shù)主要分為2個(gè)方面：

1. 面向元件本身制造指標檢測技術(shù)，如幾何量檢測、面形檢測、缺陷檢測等；

2. 面向元件應用性能指標的檢測技術(shù)，如損傷性能檢測、環(huán)境適應性檢測等。

隨著(zhù)光學(xué)制造行業(yè)本身多年的發(fā)展，面向元件制造指標的檢測技術(shù)的檢測體系非常成熟，國內外都有眾多的檢測標準及案例可控參考。在元件曲率半徑、離軸量、偏心等幾何量檢測方面，主要采用接觸式三坐標機、輪廓儀及非接觸式光學(xué)輪廓儀進(jìn)行檢測，檢測精度可達到幾十微米量級。在面形檢測方面，干涉儀是目前公認的檢測精度最高的檢測方法，目前中低頻面形誤差主要是用菲索型干涉儀進(jìn)行檢測，精度可達到納米量級，高頻誤差則使用白光干涉儀進(jìn)行檢測，分辨率能夠達到0.1 nm。隨著(zhù)光學(xué)系統設計要求逐步提高，越來(lái)越多的復雜曲面元件被應用于光學(xué)系統，針對復雜曲面檢測常規干涉檢測方法面臨檢測理論不完善、檢測通用性差、缺乏認可標準等問(wèn)題，而新型的光學(xué)非接觸式輪廓儀雖然對各類(lèi)曲面有較強的通用性，但仍面臨檢測精度不足的問(wèn)題。

在元件應用性能指標檢測方面，損傷性能的檢測要求對光學(xué)元件表面缺陷檢測靈敏度要達到亞微米量級，對元件亞表面缺陷、體缺陷及材料吸收性缺陷等也提出了新的需求?，F有缺陷檢測不管是國際還是國內標準，仍偏重于目視檢測，存在檢測靈敏度差、重復性不足、漏檢率高、效率低等問(wèn)題。如何實(shí)現多類(lèi)型缺陷的多模態(tài)、高精度、高效率檢測，是光學(xué)元件檢測面臨的一大挑戰。

綜合來(lái)看，光學(xué)元件檢測技術(shù)不僅需要完成面形、幾何量等常規指標檢測，還因其使用要求，對其缺陷、損傷測試提出了更高要求，必然需要在超精密檢測環(huán)節上有新技術(shù)、原理及方法突破，最終實(shí)現面向應用性能檢測，助力光學(xué)系統質(zhì)量進(jìn)一步提高。

超精密表面處理技術(shù)

光學(xué)元件表面處理技術(shù)主要指的是表面超精密鍍膜技術(shù)。光學(xué)表面必須鍍制特殊設計的激光薄膜如增透膜、減反膜、分光膜等，才能在光學(xué)系統中使用。

以應用于激光核聚變的激光薄膜為例，根據光源性質(zhì)、損傷機理的不同，激光薄膜大致分為2類(lèi)：脈沖激光薄膜與連續激光薄膜。

對于脈沖激光薄膜，國內外主流技術(shù)方案是采用電子束共蒸發(fā)技術(shù)，通過(guò)電子束加熱、蒸發(fā)膜料使其沉積在待鍍膜基底上，使用多蒸發(fā)源即可實(shí)現復合膜層的制備。中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“上海光機所”）激光薄膜團隊成功制備出尺寸為810mm×430mm×90 mm、p偏振光透射率高于98%、消光比優(yōu)于100∶1、激光損傷閾值高于14 J/cm2（波長(cháng)1063 nm，脈寬5 ns）、反射波面峰谷值（PV）優(yōu)于0.7λ、透射波面PV優(yōu)于λ/3的偏振薄膜元件，實(shí)現了我國大尺寸激光偏振薄膜從無(wú)到有的突破。同濟大學(xué)也將復合薄膜運用于水冷窗口，實(shí)現非常規環(huán)境中脈沖激光的高損傷閾值。成都光電所2000年前后在相關(guān)項目支持下展開(kāi)大口徑激光薄膜的研究，通過(guò)技術(shù)的更新、迭代，采用電子束蒸鍍技術(shù)制備的納秒脈沖激光反射薄膜具有高均勻性、高反射率、高損傷閾值和高面形適應性等特點(diǎn)，成功應用在中國工程物理研究院、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所等單位大型激光項目的自適應光學(xué)分系統中，經(jīng)系統實(shí)驗驗證激光薄膜的近紅外大光斑損傷閾值在70 J/cm2以上。

對于連續激光薄膜，薄膜的損傷閾值與吸收有著(zhù)較為密切的關(guān)系，為降低光學(xué)薄膜及光學(xué)元器件吸收需要提升激光薄膜的反射率和表面光滑程度，為此濺射方案成為主要手段。法國LMA實(shí)驗室從2008年開(kāi)始研究在氧化鉭膜層中摻鈦的技術(shù)路線(xiàn)，在2017年的公開(kāi)報道了直徑350mm的1064nm反射鏡小批量生產(chǎn)，最好的薄膜吸收0.3 ppm以下，運用在了激光干涉引力波天文臺（LIGO）系統中。在國內上海光機所、同濟大學(xué)、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等單位先后公開(kāi)報道采用離子束濺射技術(shù)方案能將用于連續激光的薄膜吸收降至1ppm以下。

三、已有研究工作與存在問(wèn)題

已有研究工作

國內在大尺寸光學(xué)元件及系統的制造上主要研制單位包括長(cháng)春光機所、成都光電所、上海光機所、中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所、中國工程物理研究院、航天科技集團等，但該類(lèi)產(chǎn)品在與國外產(chǎn)品指標上依然存在不少差距。長(cháng)春光機所研制口徑為2.05 m的中國巡天空間望遠鏡（CSST）主鏡，面密度僅為85.3 kg/m2，且長(cháng)春光機所首次在大型光學(xué)系統中應用了基于計算機控制光學(xué)表面成型技術(shù)（CCOS）的異質(zhì)軸工具來(lái)抑制邊緣效應，并在φ1.5 m的拋物面反射鏡上進(jìn)行精細拋光，得到反射鏡全孔徑面形優(yōu)于λ/50 @632.8 nm，中頻面形優(yōu)于0.64 μrad（有效孔徑）。中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所在國內率先開(kāi)展大型反射鏡應力盤(pán)技術(shù)研究，聚焦地基望遠鏡光學(xué)系統制造，實(shí)現4 m非球面反射鏡的研制。

針對大口徑光學(xué)元件特點(diǎn)，同濟大學(xué)精密光學(xué)工程技術(shù)研究所開(kāi)展了鍍膜工藝優(yōu)化研究，通過(guò)退火及摻氫等工藝有效將非晶硅膜的消光系數提升16倍（@1064 nm），同時(shí)降低機械損耗；在超紫外射線(xiàn)（XUV）高精度薄膜光學(xué)系統方面，也構建了新的膜層反射與散射的理論模型，實(shí)現了XUV反射鏡加工，完成了從車(chē)削、拋光再到精確定形，所研制的240—500 mm單晶硅平面反射鏡面精度形達1.2 nm。

存在的問(wèn)題

國內先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)與國外先進(jìn)水平的差距主要體現在核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備、材料工藝及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等多個(gè)維度。

1、技術(shù)研究水平不足

國內在材料研制與制造層面基礎性、機理性研究技術(shù)水平不足，與國際先進(jìn)水平有顯著(zhù)差距。面向全頻段誤差控制的關(guān)鍵技術(shù)缺乏理論指導，一方面單項技術(shù)的突破存在瓶頸，另一方面在多項技術(shù)之間的技術(shù)壁壘導致系統性的跨尺度誤差耦合理論模型尚未形成，具體表現為智能工藝優(yōu)化能力薄弱，以及面向極端工況的加工穩定性難以保證等方面。此外，國內對原子級拋光的微觀(guān)去除機制（如量子力學(xué)作用、表面原子遷移規律）研究仍停留在實(shí)驗觀(guān)測階段，缺乏分子動(dòng)力學(xué)模擬等理論工具支撐，這制約了國內拋光技術(shù)從極限精度、極限表面質(zhì)量向原子級制造的跨越式發(fā)展。

2、裝備水平不足

國內許多高端設備依賴(lài)進(jìn)口，如高精度光學(xué)加工設備、檢測設備及鍍膜設備等。這不僅增加了研制成本，還限制了國內自主研制能力的提升。以大口徑反射鏡為例，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室（LLNL）采用的LODTM立式車(chē)床可實(shí)現1.65 m工件的納米級加工（<10 nm），而國產(chǎn)設備在關(guān)鍵性能上存在顯著(zhù)差距，且連續工作數小時(shí)后精度漂移顯著(zhù)。檢測設備主要依賴(lài)于歐美幾家公司，如美國Zygo公司的干涉儀測量重復精度可以達到60 pm，部分在售產(chǎn)品的絕對測量精度優(yōu)于1 nm，目前國際范圍內精密光學(xué)元件與系統的交付普遍認可該公司產(chǎn)品的檢測結果。鍍膜設備同樣以德國布勒萊寶公司的系列鍍膜機、日本光馳公司的系列鍍膜機為主的產(chǎn)品代表了行業(yè)的先進(jìn)水準。以上3類(lèi)設備，雖然國內都有相關(guān)廠(chǎng)商生產(chǎn)、研制類(lèi)似產(chǎn)品，但核心部件國產(chǎn)化率低且技術(shù)水平仍然具有較大差距，制造設備所能加工達到的極限精度與國外同類(lèi)產(chǎn)品仍有一定差距，同時(shí)國產(chǎn)檢測設備所能實(shí)現的重復測量和絕對測量精度都顯著(zhù)弱于國外同類(lèi)產(chǎn)品。

3、產(chǎn)學(xué)研結合不夠緊密

產(chǎn)學(xué)研結合不夠緊密，許多高校和科研院所的科研成果往往停留在實(shí)驗室階段，高校前沿研究與企業(yè)工程化需求存在技術(shù)斷層而無(wú)法實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)而導致成果轉化效能低下。國內企業(yè)參與度較低，導致市場(chǎng)需求與科研方向脫節，尚未形成“基礎研究—技術(shù)開(kāi)發(fā)—產(chǎn)業(yè)化”的閉環(huán)創(chuàng )新鏈，缺乏像美國“國家制造創(chuàng )新網(wǎng)絡(luò )”（NNMI）那樣的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同平臺，制約了技術(shù)成果的工程化應用。相比較于產(chǎn)品全周期研制過(guò)程，金融機構往往參與和介入的較晚，沒(méi)有形成“投早投小”金融氛圍。

四、下一步工作建議

為了盡快趕超國外先進(jìn)技術(shù)水平，建議從以下5個(gè)方面進(jìn)行先進(jìn)光學(xué)元件產(chǎn)業(yè)升級和“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

1、加強頂層設計與政策支持

國家應出臺相關(guān)專(zhuān)項發(fā)展規劃，明確未來(lái)5—10年的發(fā)展目標和重點(diǎn)任務(wù)，設立專(zhuān)項資金，支持關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。資金應重點(diǎn)投向材料研發(fā)、裝備制造、工藝優(yōu)化等核心環(huán)節，確保關(guān)鍵技術(shù)的突破。建立以大學(xué)科、大領(lǐng)域為主題的多學(xué)科交叉融合的新型研發(fā)機構，在體系規劃上摒棄傳統的單一學(xué)科為主的科研單位，從體制上為從基礎研究到工程應用的融會(huì )貫通創(chuàng )造條件。

2、突破關(guān)鍵材料與核心技術(shù)

光學(xué)基材領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平存在顯著(zhù)差距，主要體現在材料純度、光學(xué)均勻性、熱穩定性等關(guān)鍵指標上。例如，國外高端光學(xué)玻璃（如德國肖特公司、日本小原公司等）已實(shí)現納米級均勻性和超高透光率，而國內產(chǎn)品在雜質(zhì)控制、折射率一致性等方面仍有顯著(zhù)不足。應加強高純度原材料研發(fā)，突破關(guān)鍵材料制備技術(shù)瓶頸。引進(jìn)并自主研發(fā)高精度熔煉、成型和檢測設備，提升制造工藝水平。通過(guò)以上措施，逐步縮小與國外差距，實(shí)現光學(xué)基材的性能提升和自主可控。

3、提升裝備制造能力

自主研發(fā)高端設備，針對高精度光學(xué)加工設備、鍍膜設備、檢測設備等，設立專(zhuān)項攻關(guān)項目，集中力量突破關(guān)鍵技術(shù)。推動(dòng)設備國產(chǎn)化替代，制定設備國產(chǎn)化替代計劃，優(yōu)先采購國產(chǎn)設備，逐步減少對進(jìn)口設備的依賴(lài)。推動(dòng)設備升級盡快實(shí)現跟跑狀態(tài)，實(shí)現裝備制造能力提升，如亞表面損傷抑制、缺陷敏感鍍膜、跨尺度檢測、極高潔凈度控制等均要向頂尖水平發(fā)展。制定國產(chǎn)光學(xué)設備行業(yè)標準（如對標ISO國際標準），推動(dòng)設備核心模塊（如光學(xué)鏡頭、激光器）接口通用化，降低替換門(mén)檻。

4、優(yōu)化工藝與技術(shù)標準

針對光學(xué)元件的超精密加工，開(kāi)展工藝優(yōu)化研究，建立標準化工藝流程，提高產(chǎn)品的一致性和可靠性。組織行業(yè)專(zhuān)家制定光學(xué)元件的技術(shù)標準，涵蓋材料性能、加工工藝、檢測方法、表面處理等方面，推動(dòng)行業(yè)規范化發(fā)展，盡快在國內建立一套可應用于先進(jìn)光學(xué)超精密制造行業(yè)的評價(jià)方法和評價(jià)體系。

5、加強產(chǎn)學(xué)研結合與成果轉化

鼓勵高校、科研院所與企業(yè)共建聯(lián)合實(shí)驗室或研發(fā)中心，聚焦光學(xué)元件的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。支持龍頭企業(yè)牽頭組建創(chuàng )新聯(lián)合體，整合上下游資源，開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)。鼓勵科研人員參與企業(yè)技術(shù)研發(fā)，促進(jìn)技術(shù)與市場(chǎng)的緊密結合。鼓勵金融機構在早期參與到成果轉化進(jìn)程中來(lái)。

五、總結與展望

先進(jìn)光學(xué)超精密制造技術(shù)是現代精密工業(yè)的核心支柱，其技術(shù)水平直接決定了國家高端制造能力的上限與應用廣度。當前，我國在該領(lǐng)域已取得階段性進(jìn)展，如神光Ⅱ升級裝置的成功運行、大口徑激光偏振薄膜的自主突破，以及復雜曲面元件超精密拋光工藝的成功應用，展現了國內科研團隊的技術(shù)積累與創(chuàng )新能力。然而，與國際頂尖水平相比，我國在關(guān)鍵材料制備、高端裝備研發(fā)、全頻段誤差控制、缺陷動(dòng)力學(xué)研究等方面仍存在顯著(zhù)差距。以低羥基石英玻璃、大口徑反射鏡制造為代表的“卡脖子”技術(shù)，以及檢測設備、鍍膜工藝設備對進(jìn)口的高度依賴(lài)，嚴重制約了先進(jìn)光學(xué)系統的自主可控發(fā)展。此外，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同不足、工藝標準化滯后、跨學(xué)科人才短缺等問(wèn)題，進(jìn)一步加劇了技術(shù)轉化與產(chǎn)業(yè)升級的難度。

為突破上述瓶頸，需從多維度構建系統性解決方案。在戰略層面，應強化頂層設計，制定專(zhuān)項發(fā)展規劃，加大資金與政策傾斜，推動(dòng)基礎研究與工程應用的深度融合。在核心技術(shù)攻關(guān)上，需聚焦高純度材料合成、超精密加工裝備國產(chǎn)化、多頻段協(xié)同制造工藝等方向，突破材料均勻性、損傷閾值、裝備精度等核心指標限制。同時(shí)，應加速構建覆蓋“材料—工藝—檢測—服役”全鏈條的技術(shù)標準體系，推動(dòng)工藝優(yōu)化與缺陷控制的標準化、智能化。在協(xié)同創(chuàng )新方面，需深化產(chǎn)學(xué)研合作機制，依托新型研發(fā)機構整合跨學(xué)科資源，促進(jìn)高校、院所與企業(yè)的技術(shù)共享與成果轉化，形成“需求牽引—技術(shù)突破—產(chǎn)業(yè)落地”的良性循環(huán)。

展望未來(lái)，隨著(zhù)新材料、新工藝、智能裝備等技術(shù)的迭代突破，先進(jìn)光學(xué)超精密制造技術(shù)將邁向更高精度、更低損傷、更強穩定性的新階段。通過(guò)全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同努力，我國有望在光學(xué)材料生長(cháng)、非接觸能場(chǎng)加工、跨尺度缺陷檢測等關(guān)鍵領(lǐng)域實(shí)現彎道超車(chē)，逐步縮小與美、德等國的技術(shù)代差。最終，通過(guò)技術(shù)自主化與產(chǎn)業(yè)升級，推動(dòng)我國光學(xué)系統在激光核聚變、空間對地觀(guān)測、深空探測、極紫外光刻等戰略領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，為全球光電技術(shù)的發(fā)展貢獻中國智慧與中國方案。

作者簡(jiǎn)介

張  鑫   季華實(shí)驗室總裝中心主任、副研究員。主要從事先進(jìn)光學(xué)系統集成制造技術(shù)方向的研究。

海  闊   中國工程物理研究院機械制造工藝研究所超精密研究中心副主任、高級工程師。主要從事復雜曲面強激光元件超精密制造技術(shù)。

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