光學(xué)系統(tǒng)中的非球面元件可以在不引入新的像差的情況下增加自由設(shè)計(jì)變量。這提高了成像質(zhì)量，減小了尺寸和重量。非球面元件廣泛應(yīng)用于空間和地面天文望遠(yuǎn)鏡、深空探測(cè)平臺(tái)、對(duì)地觀測(cè)光學(xué)等高端光電儀器中。

望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是角分辨率(AR)和光收集能力(LCC)。這些規(guī)格與系統(tǒng)的孔徑密切相關(guān)。AR與望遠(yuǎn)鏡直徑成反比，而LCC與望遠(yuǎn)鏡直徑的平方成正比。光圈越大，AR和LCC越高越強(qiáng)。因此，增加孔徑對(duì)提高望遠(yuǎn)鏡的性能至關(guān)重要。這就是為什么天文學(xué)和地球觀測(cè)團(tuán)體都需要大型望遠(yuǎn)鏡。

現(xiàn)代地面望遠(yuǎn)鏡和空間相機(jī)主鏡尺寸較大，對(duì)反射鏡材料和全空間頻率形狀誤差控制提出了苛刻的要求。人們迫切希望在支持精確高效制造大型非球面反射鏡的反射材料方面取得突破。

在《光：科學(xué)與應(yīng)用》上發(fā)表的一篇新論文中，長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所張學(xué)軍教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一些制造大型鏡子的新技術(shù)。他們的論文題為“高精度制造世界上最大的碳化硅非球面反射鏡的挑戰(zhàn)和策略”，該團(tuán)隊(duì)在論文中建造了世界上最大的非球面反射鏡。

SiC具有較高的比剛度(SS)和尺寸穩(wěn)定性(DS)。它非常適合惡劣環(huán)境的應(yīng)用。反應(yīng)結(jié)合碳化硅(RB-SiC)工藝可以產(chǎn)生半封閉的背結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高其SS和DS。大口徑SiC反射鏡正在成為世界望遠(yuǎn)鏡界的新寵。制造直徑超過2米的大型SiC反射鏡是極具挑戰(zhàn)性的。還有復(fù)雜的物理相變和化學(xué)反應(yīng)。

現(xiàn)有技術(shù)不適用于直徑超過1.5米的鏡子。制造非球面反射鏡的難度與孔徑的三次方成正比。最大的磁流變整理(MRF)拋光設(shè)備的最大加工尺寸為2.5米。

研究人員制造了一個(gè)直徑3米的單片SiC鏡面空白。他們還用反應(yīng)成形連接技術(shù)制作了直徑4.03米的SiC鏡面毛坯。采用國(guó)產(chǎn)MRF24拋光機(jī)，最大加工范圍4.5 m直徑，對(duì)4.03 m SiC非球面鏡進(jìn)行高精度拋光。

研究人員還提出了一種PVD包層工藝來改善襯底表面質(zhì)量。在襯底表面沉積了一層薄的硅熔覆層，其缺陷被硅材料覆蓋。在較低的加工溫度下，變形率極低。

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