ساخت و آزمایش قطعات نوری

**ساخت و آزمایش قطعات نوری** فرایند تولید و آزمون قطعات نوری مانند عدسی‌ها، منشورها و آینه‌ها را دربرمی‌گیرد. این حوزه دامنهٔ گسترده‌ای از روش‌های ساخت و پیکربندی‌های آزمون نوری را شامل می‌شود.

ساخت یک عدسی کروی معمولی با تراشیدن و سنگ‌زنی یک قطعهٔ خام شیشه‌ای آغاز می‌شود تا شکل تقریبی قطعه به دست آید. سپس سطح عدسی با فرایند پرداخت‌کاری به شکل نهایی خود می‌رسد؛ در این فرایند سطح خام عدسی در برابر ابزاری با شکل مطلوب چرخانده و سائیده می‌شود و مخلوطی از مواد ساینده و مایع میان آن‌ها قرار می‌گیرد. انحراف سطح نوری از شکل ایدئال معمولاً به صورت کسری از طول موج بیان می‌شود. عدسی‌های ارزان ممکن است انحرافی تا چند طول موج داشته باشند، در حالی که عدسی‌های صنعتی معمولی انحرافی کمتر از یک‌چهارم طول موج (λ/۴) و عدسی‌های دقیق مورد کاربرد در لیزر، تداخل‌سنجی و تمام‌نگاری انحرافی در حد یک‌دهم طول موج (λ/۱۰) یا کمتر دارند.

## روش‌های ساخت
روش‌های ساخت قطعات نوری را می‌توان به چند دستهٔ اصلی تقسیم کرد:
* **ساخت قطعهٔ خام شیشه‌ای**: شامل مراحل مخلوط‌سازی مواد اولیه، ریخته‌گری، بازپخت ()، مشخصه‌یابی فیزیکی و اندازه‌گیری ضریب شکست
* **شکل‌دهی الماسی** (): شامل فرایندهای ایجاد انحنا با چرخ الماسی و لبه‌تراشی الماسی
* **ساخت با ساینده آزاد** (): شامل سنگ‌زنی خشن، سنگ‌زنی ظریف، پولیش و شکل‌دهی نهایی ()
* **قالب‌گیری شیشه**: از جمله قالب‌گیری دقیق شیشه ()

روش‌های غیرمتعارف نیز شامل تراشکاری تک‌نقطه‌ای الماسی () و پرداخت مگنتورئولوژیکی () می‌شود.

### سنگ‌زنی با ساینده آزاد
سنگ‌زنی با ساینده آزاد روشی برای کاهش ناهمواری سطح مواد پیش از پولیش است. در این روش ذرات ریز ساینده به صورت دوغاب مایع میان صفحهٔ سنگ‌زنی و قطعهٔ کار قرار می‌گیرند و با حرکات لغزشی، تراشه‌های کوچکی از سطح قطعه جدا می‌شود.

پس از سنگ‌زنی، مقدار اندکی زبری سطحی و آسیب زیرسطحی () باقی می‌ماند که وابسته به اندازهٔ ذرات ساینده است. برای کاهش این عیوب، معمولاً دو یا سه مرحله سنگ‌زنی با ذرات ریزتر انجام می‌شود؛ برای نمونه مجموعه‌ای معمول شامل ذراتی با اندازه‌های ۳۰ میکرومتر، سپس ۱۵ میکرومتر و سپس ۹ میکرومتر است.

انواع مواد ساینده عبارت‌اند از آلومینیوم اکسید، الماس صنعتی و سیلیسیم کاربید. الماس معمولاً فقط برای سنگ‌زنی مواد بسیار سخت یا برخی بلورها به کار می‌رود.

### پولیش
قطعات نوری در دوغابی متشکل از ذرات ساینده، مایع حامل و افزودنی‌های اختیاری پولیش می‌شوند. ذرات ساینده مورد کاربرد شامل سریم(IV) اکسید، الماس، آلومینیوم اکسید و سیلیکا کلوئیدی هستند. افزودنی‌های اختیاری نیز دربرگیرندهٔ عوامل معلق‌کننده، روان‌کننده‌ها و شوینده‌ها می‌شوند.

انواع پرداخت‌کاری شامل پرداخت‌کاری سیاره‌ای، پرداخت‌کاری دوطرفه و پرداخت‌کاری استوانه‌ای است.

## مواد
مواد گوناگونی برای ساخت قطعات نوری به کار می‌روند، از جمله انواع شیشه، سیلیس گداخته ()، سیلیسیم و کوارتز بلوری. کلسیم فلوئورید (CaF) نیز به عنوان مادهٔ نوری کاربرد دارد، هرچند به‌آسانی دچار شکست و خراش می‌شود.

مواد مورد کاربرد در قطعات نوری فروسرخ شامل سلنید روی (ZnSe)، روی سولفید (ZnS) و گالیم آرسنید (GaAs) هستند.

## ویژگی‌ها و مشخصات فنی
ویژگی‌های فنی قطعات نوری بسته به نوع آن‌ها متفاوت است:
* **منشورها**: خطای هرمی، مسیر پرتو، جابه‌جایی و انحراف پرتو، زاویهٔ پایه، تراشه‌های لبهٔ سقفی، جبههٔ موج و قطبش
* **[[عدسی ناکروی|عدسی‌های ناکروی]]**: شعاع پایه با تلرانس، ضرایب مخروطی و چندجمله‌ای، مرجع بهترین کرهٔ برازشی، خطای ارتفاع سطحی، خطاهای شیب، جبههٔ موج آزمونی، کجی و عدم‌مرکزیت
* **پوشش‌های نوری**: دهانه‌ها، بازتابش، عبوردهی، جذب، تغییر فاز، چسبندگی، مقاومت سایشی و آستانهٔ آسیب

برای پرهیز از افت غیرقابل‌جبران ضخامت به زیر حداقل مجاز، نورسازها می‌کوشند همهٔ ویژگی‌های دیگر را در بیشینهٔ ضخامت مجاز برآورده کنند.

### کیفیت سطح
کیفیت سطح بیانگر وضعیت سطح یک قطعهٔ نوری و وجود عیوب سطحی مانند خراش‌ها و فرورفتگی‌ها است. کیفیت سطح معمولاً بر پایهٔ مشخصهٔ خراش–فرورفتگی () درجه‌بندی می‌شود.

استانداردهای تعیین کیفیت سطح شامل مشخصهٔ عملکرد نظامی ایالات متحده MIL-PRF-13830B و استاندارد ISO 10110 هستند. هر سه استاندارد نظامی مرتبط (MIL-PRF-13830B, MIL-C-48497a و MIL-F-48616) فاقد مشخصات آماری سطحی مانند زبری ریشهٔ میانگین مربعی، خطای شیب و موج‌ریزه هستند. استاندارد ANSI/OEOSC OP1.002 به عنوان گسترش و بهبود MIL-PRF معرفی شده‌است.

## پوشش سطحی
سطح شیشهٔ پولیش‌شده بخشی از نور فرودی را بازتاب می‌کند. برای شیشهٔ معمولی این مقدار نزدیک به ۴ درصد و برای عدسی‌های دوربین حدود ۷ درصد نور کل است. در سال ۱۹۳۶ میلادی جان استرانگ () دریافت که رسوب‌دهی لایهٔ نازکی از بخار کلسیم فلوئورید بر سطح عدسی در خلأ، مقدار بازتاب را کاهش می‌دهد. امروزه بر سطح بیشتر عدسی‌ها لایهٔ نازکی از منیزیم فلوئورید تبخیر و رسوب داده می‌شود که بازتاب سطحی را به ۱ تا ۲ درصد کاهش می‌دهد.

## چسباندن عدسی‌ها
برای رفع ابیراهی کروی و ابیراهی رنگی، دو یا چند عدسی از مواد گوناگون با سیمان شفاف به یکدیگر چسبانده می‌شوند و عدسی مرکب ساخته می‌شود. تا سال ۱۹۴۰ میلادی بلسم کانادا به عنوان سیمان به کار می‌رفت، اما به دلیل جداشدن عدسی‌ها در دماهای پایین، امروزه بیشتر از بوتیل متاکریلات بهره گرفته می‌شود.

## روش‌های آزمون
روش‌های آزمون قطعات نوری عبارت‌اند از:
* **اندازه‌گیری مستقیم نیمرخ سطحی**
* **پیمایش مستقیم سطح** (بدون نورشناسی واسط): مانند آزمون لبه‌تیغ فوکو ()، آزمون رونکی () و آزمون سوزان‌خط ()
* **نورشناسی کمکی**: مانند تصحیح‌گرهای صفر () و هولوگرام‌های رایانه‌ساخت ()
* **آزمون تداخل‌سنجی**

تداخل‌سنج فیزو استانداردترین نوع تداخل‌سنج مورد کاربرد در ساخت قطعات نوری است.

تداخل‌سنجی درزگاهی () برای آزمون عدسی‌های ناکروی به کار می‌رود. در این روش آزمون‌های زیردهانه‌ای انجام و سپس به یک تصویر یکپارچهٔ باوضوح بالا درهم‌آمیخته می‌شوند.

## جستارهای وابسته
* طراحی عدسی‌های نوری
* پولیش بخار

## منابع

* 
* 

## پیوند به بیرون
* کارخانهٔ مجازی عدسی، موزهٔ دوربین کانن — ویدئوهای آموزشی فرایندهای ساخت

رده:فیزیک نور
رده:مهندسی شیشه
رده:تولید و ساخت بر پایه فراورده