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近期，中國科學院上海光學精密機械研究所精密光學制造與檢測中心實驗室在激光高精度修形理論及工藝研究中取得新進展。研究首次證明了激光修形技術可以在近無應力條件下，實現納米精度全頻段誤差一致性收斂。相關研究成果以“Densi－melting effect for ultra－precision laser beam figuring with clustered overlapping technology at full－spatial－frequency”為題發表于Optics Express。

伴隨著現代光學技術的發展，熔石英光學元件被廣泛應用于高功率激光系統中，但隨著光學元件表面質量要求的不斷提升，目前的子孔徑拋光技術不可避免地會引入雜質污染，嚴重影響了元件在高功率光學系統中的性能。目前，激光加工具有無接觸、無拋光輔料、加工靈活的優勢，有望成為突破現有加工瓶頸的關鍵技術，但現有的激光燒蝕和激光拋光技術均不能同時滿足面形和粗糙度的精度要求，對激光超精密加工提出了巨大的挑戰。

針對上述問題，研究首次發現了“致密化－熔融”效應，通過致密化效應引起的體積收縮凹陷和熔融效應導致的表面平滑，實現面形和粗糙度同步收斂。該效應打破了固有激光燒蝕“減材”修形工藝，并成功揭示了納米量級“等材”修形機理。此外，研究還提出重疊集束加工工藝，該工藝通過激光加工子區域（去除函數）的重疊掃描實現修形，將控制數據量減小三個數量級且不引入掃描中頻波紋。通過理論和工藝的結合，對比激光高精度修形前后結果，實現面形RMS從0．009λ到0．003λ （λ＝632．8nm），微米尺度粗糙度從0．447nm到0．453nm，納米尺度粗糙度從0．290nm到0．269nm，應力雙折射從2．79nm／cm到3．94nm／cm（滿足＜5nm／cm的光學系統要求），成功實現了在近無應力條件下，納米精度全頻段誤差一致性收斂的激光修形技術，對光學元件超精密制造有重要意義。

相關工作得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市啟明星揚帆計劃、中國科學院青年創新促進會的支持。

圖1 全空間頻率誤差收斂的激光修形示意圖；（a）“致密化－熔融”效應；（b）重疊集束工藝；（c1，c2）面形誤差；（d1，d2）微米尺度粗糙度誤差；（e1，e2）納米尺度粗糙度誤差（f）功率譜密度曲線。