[Tyhig]

3 идеи по методам полировки линз на 10.04.2022

Для перехода на технологию транзисторов размерами 7-10 нм для использования новых масок для фотолитографии необходимо применение света сверхнизкой длины волны порядка 13.5 нм (например, от испарения капли олова).
Это повышает требования к оптическим деталям машин для фотолитографии (степпер), в частности к линзам и зеркалам.
Согласно популярным источникам отклонение поверхности новых линз от проектной необходимо достичь с допуском около 1 нм. В связи с новизной потребности в мире пока это требование смогла выполнить только одна фирма ASML (Нидерланды) (по слухам там зеркала фирмы "КарлЦейс").
Не знаю современные методы этой фирмы, да и они наверняка секретны.
Не знаю современные направления и патенты по полировке линз. Возможно идеи уже реализованы в патентах.
Предлагаю потенциальную идею для ужесточения допуска при полировке линз на одной из финальных стадий полировки.
Всё описано для линз, но идеи могут сработать и на плоских, сферических и асферических зеркалах.
Те же идеи, вероятно, возможно применить и для полировки сверхбольших линз и зеркал диаметрами более 10 м. Например, для телескопов в космосе или на планете.

Идеи изложены в виде картинок полировальных машин прикреплённых к посту.
Результатом реализации идей станет контролируемое кольцо давления и истирания на кольце или всей поверхности линзы.
Это не позволит заполировать горку на кольце.
Поэтому вдобавок предлагаю вторую идею.
Для концентрации давления истирания на участке кольца предлагаю использовать солитоны (стоячие волны) в истирающей жидкости. Эти волны можно создавать источниками расположенными по стенкам резервуара. Солитон при помощи интерференции волн источников будет формироваться в одной выбранной области резервуара увеличивая или уменьшая давление в одном пятне на кольце истирания при синхронизации частоты вращения и солитона. На картинках источники солитона условно не показаны.
Для усиления действия истирающего давления на мелкие возвышения предлагаю также концентрировать лазерные лучи на указанной точке для нагрева требующей бОльшего истирания области.

Недостатки.
Недостаток - достижимость допуска 1 нм. Даже если допуск 1 нм не удастся достичь, в любом случае идеи могут помочь в его достижении на какой либо стадии обработки линз.
Недостаток - обе идеи не позволяют обрабатывать центр обеих линз. Требуется предварительная его обработка на других станках и подведение проектной поверхности под центральную предварительно обработанную. Недостаток можно пытаться нивелировать дополнительными устройствами вдобавок к станкам в самих станках для полировки центра.
Недостаток - технология допускает полировку только одной стороны линзы. После полировки первой поверхности требуется поворот линзы, нахождение её оси, соосное расположение в станке и полировка второй поверхности. Понимаю, что это, вероятно, не позволит реализовать требуемую точность полировки. Требуется дальнейшая проработка недостатка. Может быть удастся его уменьшить другими методами. Возможно идеи будет невозможно реализовать по этой причине с требуемой точностью, но удастся при смягчении допуска. Возможно современные геодезические методы позволят реализовать идеи с требуемой точностью при поворотах линз.
Недостаток - длительное время обработки, высокая стоимость, подразумевается уникальность линз. Тут да. Что делать.


На случай исчезновения картинок из форума прилагаю текстовое описание.
1) Полировка сферических линз.
Линза подвешивается за края, а также по центру опирается на стойку.
В резервуаре истирающая жидкость.
Линза опускается в жидкость или жидкость наливается до линзы.
Вращением резервуара достигается наклон зеркала жидкости.
При наклоне зеркала жидкости достигается эпюра истирающего давления на кольцо на нижней поверхности линзы (кроме центра).
Наклоном зеркала жидкости изменяется радиус кольца, его ширина и величина истирающего давления.
Для концентрации давления истирания на участке кольца предлагаю использовать солитоны (стоячие волны) в истирающей жидкости. Эти волны можно создавать источниками расположенными по стенкам резервуара. Солитон при помощи интерференции волн источников будет формироваться в точке резервуара увеличивая или уменьшая давление в пятне на кольце истирания при синхронизации частоты вращения и солитона.
По верху расположены лазерные дальномеры строящие 3Д поверхность линзы в реальном времени контролирующие станок с учётом прогиба линзы.
Для усиления действия истирающего давления на мелкие возвышения предлагаю также концентрировать лазерные лучи на указанной точке для нагрева требующей бОльшего истирания области.

2) Асферическая линза (вгнутая)
Линза устанавливается на дно вращающегося резервуара.
Линза крепится за края и стоит на стойке по центру.
Сверху в резервуар наливается истирающая жидкость.
Вращением резервуара достигается наклон зеркала истирающей жидкости.
И тем самым истирание или кольца или всей поверхности линзы (кроме центра), но с разным давлением истирания в каждом радиусе. По сути это тоже кольцо, просто большего истирания, чем фоновое.
Изменением наклона изменяется эпюра давления истирания за счёт изменения гидростатического давления для каждого радиуса.
Для концентрации давления истирания на участке кольца предлагаю использовать солитоны (стоячие волны) в истирающей жидкости. Эти волны можно создавать источниками по стекам резервуара. Солитон при помощи интерференции волн источников будет формироваться в точке резервуара увеличивая или уменьшая давление в пятне на кольце истирания при синхронизации частоты вращения и солитона.
По низу (на рисунке неправильно расположены, но лень перерисовывать) расположены лазерные дальномеры строящие 3Д поверхность линзы в реальном времени контролирующие станок с учётом прогиба линзы.
Для усиления действия истирающего давления на мелкие возвышения предлагаю также концентрировать лазерные лучи на указанной точке для нагрева требующей бОльшего истирания области.

Высказанные выше идеи бесплатны и открыты для патентования и использования на территории Российской Федерации.
Условие использования идей в ваших патентах: патент оформляется и используется в Российской Федерации, при создании двух или более конкурентных российских фирм, использующих эти идеи, первая фирма должна поделиться патентами со второй для распространения технологии внутри страны. Запрещаю удерживать патентами технологию на основе моих идей внутри Российской Федерации. Стоимость таких патентов при передаче технологии допускаю не более 5% стоимости завода по производству линз выполняемых по новой технологии.
Очень надеюсь, что идеи попадут в руки людей способных оценить их и на их основе родить технологии для полировки линз закрытые российскими патентами, а потом и реальные станки закрытые патентами.
Если у кого-нибудь есть связи с соответствующей среде с оптиками, то прошу их использовать для передачи идей до нужных людей. Всё-таки это строительный форум, здесь не может быть оптиков.

[eilukha]

Раньше буржуи с журнала Юный техник идеи тырили, теперь отсюда будут.

[Admin]

Tyhig, извини, удалил случайно, закинь еще раз картинки

[Солидворкер]

Сообщение от Tyhig но с разным давлением истирания в каждом радиусе

Закон Паскаля

И пассаж про "истирающую жидкость", в целом, выглядит сомнительно.

[Tyhig]

Offtop:

Сообщение от Солидворкер Закон Паскаля

Самое ценное мнение на форуме про оптику. Но при чём тут закон Паскаля ?

[Петр-и-Алекс]

любопытно
- есть ли на двж.ру хоть один посетитель, которому тема изготовления линз будет полезна хоть как то ?
- есть ли отечественные сайты, где эту тему можно было бы обсудить с заинтересованными лицами ?
(если что, я не против расширения тематики)

[Солидворкер]

Сообщение от Петр-и-Алекс - есть ли на двж.ру хоть один посетитель, которому тема изготовления линз будет полезна хоть как то ?

Есть

[RicoSand]

Сообщение от Петр-и-Алекс - есть ли на двж.ру хоть один посетитель, которому тема изготовления линз будет полезна хоть как то ?

Будет ... Пусть и в качестве приложения вектора мысли

Кмк для такой схемы полирования потребуется жидкость с контролируемой вязкостью (чтобы при вращении за счет силы натяжения на поверхности формировалась правильная форма воронки) и полировальный порошок с размером зерна меньше 0,1 нм. Этот порошок должен образовывать стойкую суспензию в жидкости чтобы не сегрегироваться под действием центробежной силы. Выглядит фантастично

Идея с точной лазерной дальнометрией упрется в точную базовую поверхность.

По теме - МРП в киберленинке

[Петр-и-Алекс]

ну не знаю... если кому то в тему - то и славно
просто мне столько тем не пропустили, касающихся "стройки" ..
а тут нечто совсем узкоспециальное пришло. хм... ну пусть. лишь бы на пользу. пусть и ожидаемую\предполагаемую

[Солидворкер]

Сообщение от Петр-и-Алекс просто мне столько тем не пропустили, касающихся "стройки" ..

Сколько?

----- добавлено через ~3 мин. -----

Сообщение от Tyhig Но при чём тут закон Паскаля ?

При том, что нельзя в жидкости создать стабильный градиент давления

[Дмитррр]

С жидкостью вряд ли что путное выйдет. Гидродинамика сложная штука. В течение даже спокойной реки образуются далеко не ровный слой наносов. Малейший выступ приводит не к стиранию этого выступа, а к его увеличению (стачивается лучше с его боков). Что происходит перед выступом и за ним зависит от конкретики.

Контроль шлифовки осуществляется при помощи дифракционной картины. Не знаю деталей, но смысл в подсвечивании линзы так ,чтобы любые отклонения в доли длин волны света искажали дифракционную картину (круги или ещё что).

Вот кстати в тему, видяшка от Наса про полировку зеркал Вебба:

Нажмите для просмотра

https://www.youtube.com/watch?v=Y_U_MrWcCnE

[Солидворкер]

Сообщение от Дмитррр Не знаю деталей, но смысл в подсвечивании линзы так ,чтобы любые отклонения в доли длин волны света искажали дифракционную картину (круги или ещё что).

Кольца Френеля. Условно говоря, линза укладывается на пробное стекло, которое имеет ОЧЕНЬ точную геометрию и считают, сколько интерференционных колец получается. Один из самых массовых методов.

Проблема в том, что оптические методы контроля не видят отклонений меньше половины длины волны вследствие волновой природы света. И для достижения искомой точности 1 нанометр нужна длина волны 2 нанометра, а это как бы рентген, а там в оптике все наоборот, линзы выполняют в виде пустот в материале. Плюс для рентгеновского излучения обычная оптика прозрачна.

[Tyhig]

Сообщение от Солидворкер нельзя в жидкости создать стабильный градиент давления

Вроде бы до определённой скорости возможно ламинарное движение приграничных с границей среды слоёв воды.
Тут может быть и критический недостаток. Согласен.

Сообщение от Дмитррр Малейший выступ приводит не к стиранию этого выступа, а к его увеличению (стачивается лучше с его боков). Что происходит перед выступом и за ним зависит от конкретики.

Мысль интересная.
Но почему тогда галька в море круглая ?
В общем есть вопросы.

Сообщение от Солидворкер Проблема в том, что оптические методы контроля не видят отклонений меньше половины длины волны вследствие волновой природы света. И для достижения искомой точности 1 нанометр нужна длина волны 2 нанометра, а это как бы рентген, а там в оптике все наоборот, линзы выполняют в виде пустот в материале. Плюс для рентгеновского излучения обычная оптика прозрачна.

Косяк.
Тогда можно применить МРТ. В состав жидкости ввести воду. Получатся срезы с кольцами на которых будет видно отклонения с погрешностью до 0,1 нм.
Хорошо. Тогда рентген + не обычная оптика из стекла, а использовать специальный материал линзы/зеркала. Или делать истирающую жидкость отражающей рентген.

[Liukk]

Сообщение от Tyhig Вроде бы до определённой скорости возможно ламинарное движение приграничных с границей среды слоёв воды.

Это в идеале при отсутствии шероховатости стенок. В реальности шероховатость поверхности будет создавать локальные турбулентности. Начнутся срывы вихрей с их усилением и в итоге получится поверхность как песка на пляже (пустыни) с большим количеством ряби. Посчитайте число Рейнольдса для вашего изделия. В качестве характеристического размера можете взять диаметр линзы - в начале не указали. Теория подобия в гидромеханике плохо работает, поэтому и опытовые бассейны и аэродинамические трубы стараются приближать к реальным кораблям и самолётам.
Давление в толще жидкости распространяется со скоростью звука во все стороны. Вблизи стенок может возникнуть нечто напоминающее гидроудар, где скорость будет некоей средней между скоростью в жидкости и скоростью в стенке. Жидкость сжимаема!!! Модуль упругости обезгаженной воды раз в 200 меньше, чем у стали, но при вовлечении воздуха сжимаемость воды весьма сильно возрастает. На это накладывается поле тяготения (неравномерность давления по вертикали), поле центростремительного ускорения при вращении, при технологической обработке будут локальные всплески температурного поля. А вязкость жидкости зависит от давления среды и температуры. Т.е. в каждой точке будет своя вязкость, которая будет создавать локальные турбулентости. Как под это создать теорию???
При вращении сосуда с жидкостью, жидкость образует форму параболы и только её - как сферу получать собираетесь?
Когда учился в институте, то в курсе гидравлики делали лабораторную по определению формы вращающейся жидкости, параболу конечно получили, но с такой кучей стоячих волн, что для оптики категорически не допустимо.

Сообщение от Tyhig Но почему тогда галька в море круглая ?

Она не идеально эллипсоидальная и к тому же галька ещё трётся друг по дружке.

[Tyhig]

Сообщение от Liukk Давление в толще жидкости распространяется со скоростью звука во все стороны. Вблизи стенок может возникнуть нечто напоминающее гидроудар, где скорость будет некоей средней между скоростью в жидкости и скоростью в стенке. Жидкость сжимаема!!! Модуль упругости обезгаженной воды раз в 200 меньше, чем у стали, но при вовлечении воздуха сжимаемость воды весьма сильно возрастает. На это накладывается поле тяготения (неравномерность давления по вертикали), поле центростремительного ускорения при вращении, при технологической обработке будут локальные всплески температурного поля. А вязкость жидкости зависит от давления среды и температуры. Т.е. в каждой точке будет своя вязкость, которая будет создавать локальные турбулентости. Как под это создать теорию???

Это сложности. Но не невозможно.

Сообщение от Liukk При вращении сосуда с жидкостью, жидкость образует форму параболы и только её - как сферу получать собираетесь?

С параболой подстава. Не знаю.

[Liukk]

Сообщение от Tyhig Это сложности. Но не невозможно.

Допускаю, вот только теория ещё не разработана. Придётся экспериментировать, а это деньги и время.
К примеру. Есть в гидромеханике уравнение Навье-Стокса, оно точно, но имеет решение в общем виде только для очень ограниченного количества частных случаев. Решают его обычно численно для каждого конкретного случая.

[Петр-и-Алекс]

мне это любопытно чисто академически
должен заметить, что "гидродинамика" на таких микропространствах вряд ли совпадает с классической. и да, в классике мелкая шероховатость скорее усилится
и вообще, "поровая" вода это совсем иное, чем просто вода

[Дмитррр]

Сообщение от Tyhig Мысль интересная. Но почему тогда галька в море круглая ?

Галька круглая потому что волны её бросают на другие гальки. И все углы стираются друг о друга.
А при течении (хоть жидкости, хоть газа) получается что угодно, только не плоскость. Вернее, не что угодно, а волны. Иначе бы сильный ветер делал поверхность воды идеально гладкой. А на практике сам знаешь.
Любое препятствие создаёт вокруг себя вихри, которые перераспределяют потоки вокруг себя.

[Fogel]

Для начала жидкость при раскручивании будет не воронкой, а по параболе и ребята это дело уже с ртутью давно опробовали - зеркало для телескопа. Выводы: не очень. И привод нужен сверхплавный и силы Кариолиса на сколько-то приличных диаметрах начинают напоминать о себе... Далее: жидкость коснулась стекла и... Правильно, Рейнольдс намекнул что скорость потеряна и хорошо если с сохранением ламинарного потока.
Кто мешает полировать классически? На цетробежном станке отлили шайбу (или выточили линзу на токарнике из заготовки), и на оправке начали качать туда сюда... Вот оправку надо сделать как можно точнее и термостабилизированиее, но вот тут особо и вопросов нет - можно делать наборной и регулируемой, благо решений полно, в том же жестком диске головки поправляют куда как точнее, хоть сам механизм не настолько и точен.

[Варанчик]

Это похоже на очередную вундервафлю... Петрики никогда не выродятся.