濾光片是光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，用于選擇性地透射或反射特定波長的光。其性能取決于基材的加工質(zhì)量，尤其是倒角和邊緣加工。倒角（即邊緣的斜面加工）和邊緣處理旨在減少應(yīng)力集中、防止崩邊、改善機(jī)械強(qiáng)度和光學(xué)性能。然而，這一過程面臨諸多挑戰(zhàn)，直接影響后續(xù)鍍膜工藝和濾光片的最終性能。下面我們將詳細(xì)分析濾光片基材倒角和邊緣加工的難度、對鍍膜的影響，并提出常規(guī)性應(yīng)用建議，以符合光學(xué)加工標(biāo)準(zhǔn)，適用于大多數(shù)光學(xué)加工產(chǎn)線。

（激埃特原創(chuàng)圖）

一、倒角和邊緣加工的難度分析

濾光片基材通常由光學(xué)玻璃、晶體或陶瓷材料制成，這些材料具有高硬度、脆性大、對加工精度要求極高等特點(diǎn)。倒角和邊緣加工的主要難度包括：

1.材料脆性導(dǎo)致的崩邊和微裂紋

光學(xué)材料在機(jī)械加工時(shí)易發(fā)生脆性斷裂，尤其是在邊緣區(qū)域。倒角過程中，切削力或研磨壓力可能引發(fā)微裂紋或崩邊（邊緣缺損），這些缺陷在后續(xù)處理中會(huì)擴(kuò)展，影響基材的機(jī)械強(qiáng)度。

困難點(diǎn)：崩邊尺寸控制、微裂紋檢測和預(yù)防。例如，在硬質(zhì)玻璃如熔融石英或BK7上，倒角角度小于30°時(shí)，崩邊風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。

2.高精度和一致性要求

倒角尺寸（如寬度、角度）和邊緣輪廓需嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)規(guī)范，通常公差在±0.1 mm以內(nèi)，角度公差在±1°以內(nèi)。批量生產(chǎn)中，保持每個(gè)基材的一致性是一大挑戰(zhàn)。

困難點(diǎn)：加工設(shè)備精度、工具磨損、操作員技能差異。不一致的倒角會(huì)導(dǎo)致裝配問題或光學(xué)像差。

3.表面質(zhì)量和光滑度

邊緣需要達(dá)到光學(xué)級光滑度（表面粗糙度Ra ≤ 0.1 μm），以減少光散射和應(yīng)力集中。但傳統(tǒng)機(jī)械加工易留下刀痕或毛刺。

困難點(diǎn)：拋光難度高，尤其是小尺寸或復(fù)雜形狀基材。粗糙邊緣會(huì)散射雜散光，降低濾光片的對比度和信噪比。

4.熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力

加工過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力（如摩擦熱）和機(jī)械應(yīng)力可能導(dǎo)致基材變形或殘余應(yīng)力，影響光學(xué)平整度。

困難點(diǎn)：冷卻控制、加工參數(shù)優(yōu)化。例如，高速研磨時(shí)局部升溫可導(dǎo)致玻璃微晶化。

5.清潔和污染控制

邊緣加工產(chǎn)生的碎屑或冷卻劑殘留可能污染基材表面，影響后續(xù)鍍膜附著力。

困難點(diǎn)：清潔工序復(fù)雜，尤其對于多孔或涂層材料。

（激埃特原創(chuàng)圖2）

二、對鍍膜的實(shí)際影響變化

倒角和邊緣加工質(zhì)量直接決定鍍膜層的均勻性、附著力和耐久性，進(jìn)而影響濾光片的光學(xué)性能。主要影響包括：

1.膜層均勻性下降

邊緣缺陷（如崩邊或毛刺）會(huì)導(dǎo)致鍍膜時(shí)膜厚分布不均。在物理氣相沉積（PVD）或化學(xué)氣相沉積（CVD）過程中，邊緣處的電場或氣流異常，造成膜層過厚或過薄。

實(shí)際影響：中心波長偏移、帶寬變化、透射率降低。例如，在帶通濾光片中，邊緣不均勻性可能引起通帶波紋或旁瓣升高。

2.膜層附著力減弱

尖銳邊緣或微裂紋處應(yīng)力集中，使膜層易于剝落或龜裂。在熱循環(huán)或機(jī)械振動(dòng)下，膜層壽命縮短。

實(shí)際影響：鍍膜后出現(xiàn)“邊緣效應(yīng)”（膜層從邊緣開始脫落），降低濾光片的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。

3.散射和雜散光增加

粗糙邊緣充當(dāng)散射中心，將入射光散射到非期望方向，增加系統(tǒng)雜散光。

實(shí)際影響：濾光片對比度下降，信噪比降低。尤其在成像系統(tǒng)中，導(dǎo)致圖像模糊或背景噪聲。

4.應(yīng)力誘導(dǎo)性能退化

加工殘余應(yīng)力與膜層應(yīng)力疊加，可能引起基材彎曲或膜層裂紋，改變光學(xué)路徑。

實(shí)際影響：濾光片光譜特性漂移，長期穩(wěn)定性變差。

（激埃特原創(chuàng)圖3）

三、可行性解決方案

針對上述難度和影響，結(jié)合光學(xué)加工標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 10110、MIL-PRF-13830），提出以下可行性方案。這些方案適用于大多數(shù)光學(xué)加工產(chǎn)線，無需重大設(shè)備升級，注重工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制。

1.優(yōu)化倒角加工工藝

采用高精度倒角機(jī)：使用數(shù)控（CNC）倒角設(shè)備，配備金剛石或CBN（立方氮化硼）工具，確保倒角尺寸和角度一致性。加工參數(shù)應(yīng)精確控制：進(jìn)給率≤0.1 mm/rev，主軸轉(zhuǎn)速≥5000 rpm，以減少切削力。

漸進(jìn)式加工：分粗磨和精磨兩步進(jìn)行。粗磨使用較粗磨料（如#400金剛石砂輪）快速成形，精磨使用細(xì)磨料（如#2000砂輪）拋光邊緣，降低崩邊風(fēng)險(xiǎn)。

冷卻與潤滑：使用水基冷卻劑或?qū)Ｓ霉鈱W(xué)加工液，有效控制溫度和碎屑。冷卻劑流量應(yīng)充足（≥5 L/min），并定期過濾以保持清潔。

2.邊緣后處理技術(shù)

化學(xué)拋光：對于玻璃基材，采用氫氟酸（HF）基溶液進(jìn)行邊緣腐蝕，消除微裂紋并獲得光滑表面。濃度和時(shí)間需優(yōu)化（例如，HF:NH4F =1:5，浸泡時(shí)間30-60秒），避免過度腐蝕。

 火焰拋光：對于某些玻璃類型，使用氫氧焰快速加熱邊緣，使表面熔融光滑。此法適用于大批量生產(chǎn)，但需嚴(yán)格控制溫度以防變形。

機(jī)械拋光：使用軟質(zhì)拋光輪（如聚氨酯或毛氈）與氧化鈰或二氧化硅拋光液，對邊緣進(jìn)行最終拋光。拋光壓力應(yīng)低于0.1 MPa，時(shí)間1-2分鐘。

3.質(zhì)量控制與檢測

自動(dòng)光學(xué)檢測：集成CCD相機(jī)或激光掃描系統(tǒng)，在線檢測倒角尺寸和邊緣缺陷。例如，使用圖像處理軟件測量崩邊尺寸，閾值設(shè)定為≤50 μm。

應(yīng)力分析：采用偏光鏡或數(shù)字散斑干涉儀檢測殘余應(yīng)力，確保邊緣區(qū)域應(yīng)力低于材料屈服強(qiáng)度（如玻璃≤10 MPa）。

清潔流程：增加超聲波清洗步驟（使用去離子水和中性洗滌劑）， followed by 干燥（氮?dú)獯祾撸?，確保無殘留。

4.鍍膜前預(yù)處理

邊緣鈍化：在鍍膜前，對邊緣進(jìn)行輕度噴砂或化學(xué)處理，增加膜層附著力。例如，使用氧化鋁微粉（粒徑≤10 μm）噴砂，壓力0.2-0.5 bar。

膜層設(shè)計(jì)優(yōu)化：在鍍膜工藝中，采用漸變膜層或補(bǔ)償設(shè)計(jì)，減少邊緣效應(yīng)。例如，在邊緣區(qū)域增加過渡層（如SiO2），以緩解應(yīng)力。

5.培訓(xùn)與標(biāo)準(zhǔn)化

操作員培訓(xùn)：定期進(jìn)行技能培訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)加工參數(shù)控制和缺陷識別。

工藝文檔化：建立標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP），包括加工參數(shù)、檢測標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)計(jì)劃，確保生產(chǎn)線一致性。

（激埃特往期圖）

濾光片基材的倒角和邊緣加工是光學(xué)制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到鍍膜性能和產(chǎn)品可靠性。通過分析難度點(diǎn)（如崩邊、精度控制、應(yīng)力管理）和對鍍膜的影響（如膜層均勻性、附著力），本文提出了可行的解決方案，包括工藝優(yōu)化、后處理、質(zhì)量控制和預(yù)處理。這些方案基于光學(xué)加工標(biāo)準(zhǔn)，適用于大多數(shù)產(chǎn)線，能有效提升濾光片性能并降低廢品率。未來，隨著自動(dòng)化技術(shù)和新材料的發(fā)展，倒角和邊緣加工將進(jìn)一步向高精度、高效率方向演進(jìn)。