了解表麵粗糙度

了解表麵粗糙度

表麵粗糙度是描述表麵形狀如何偏離其理想形式的一個(ge) 組成部分，其中較高的值對應於(yu) 較粗糙的表麵，而較低的值表示表麵是光滑的。粗糙度描述了高空間頻率誤差，意味著在埃（10^-10m）量級上的非常小的偏差。了解光學表麵的表麵粗糙度對於(yu) 控製光散射是至關(guan) 重要的，因為(wei) 散射可以與(yu) 光學器件的表麵粗糙度成比例。來自表麵粗糙度的光散射和吸收對諸如高功率激光係統的應用具有顯著影響，這會(hui) 對效率和激光損傷(shang) 閾值產(chan) 生負麵影響。除了影響損傷(shang) 閾值外，散射的高功率激光輻射還可能對係統附近的任何人造成安全隱患，因為(wei) 光會(hui) 被重新定向到非預期的方向。目前用於(yu) 表麵粗糙度的標準是ISO 10110-8，該標準規定了應如何分析和規定表麵粗糙度。

讀取表麵粗糙度標注

符合ISO 10110-8的圖紙將列出以下規格，以給出光學表麵的完整描述。

圖1:表麵粗糙度規格示例

表麵光潔度，在圖1中顯示為“ P3 ":

此變量指示表麵光潔度。對於(yu) 簡單的拋光規格，它可以是G（表示研磨表麵），也可以是P（表示光學拋光）。根據每10mm掃描的微缺陷的光滑度，將拋光等級zhi定為(wei) 1-4，如下表1所示:

表1:用微觀缺陷表示的光滑度

使用的統計方法，在圖1中顯示為“ RQ 4 ":

這將指示用於(yu) 測量表麵粗糙度的統計方法，後麵是值。

空間帶寬，在圖1中顯示為“ 1/0.003 ":

這zhi了從(cong) 上限到下限的空間帶寬範圍。

空間頻率和頻率組

當量化雷竞技竞彩底金的表麵紋理時，重要的是定義(yi) 所測量的空間分辨率的級別。表麵紋理或表麵的完整形狀可以分為(wei) 三個(ge) 主要的空間頻率組：粗糙度、波度和圖形。

圖2:圖形、波紋度和粗糙度在不同尺度下表麵紋理的特征

圖2顯示了表麵形狀、波度和粗糙度如何共同表征表麵偏離其理想形狀的所有方式。圖描述了表麵的整體(ti) 形狀，並且是將要分析的最大尺度或最大空間頻率。圖中所描述的誤差約為(wei) 毫米至厘米的十分之一。波度測量描述特征的中間空間頻率誤差，數量級為(wei) µms至mm。粗糙度是誤差的最小形式，它描述了表麵紋理中間隔緊密的異常，數量級為(wei) 十分之幾埃到幾十微米。

ISO 10110-8表麵粗糙度參數

ISO 10110-8的目標是規定如何定義(yi) 表麵紋理的規則。根據國際標準化組織（ISO），“表麵紋理是可以用統計方法有效描述的表麵特征"。ISO標準概述了5種用於(yu) 描述光學光滑表麵的統計方法。這些方法可以組合使用，也可以在各種空間帶寬上使用。定義(yi) 空間頻率的上限和下限對於(yu) 獲得準確的結果至關(guan) 重要。如果未定義(yi) 空間頻率，則ISO 10110-8標準zhiding的假定範圍為(wei) 0.0025mm–0.08mm。

1&2.均方根粗糙度和波紋度：均方根（RMS）方法是美國規定光學光滑表麵的zuichangyong方法，而在歐洲，更常見的是規定絕對粗糙度。利用輪廓高度偏離平均線的均方根平均值來統計分析光學表麵的光滑度。RMS粗糙度RQ是指粗糙度輪廓，而RMS波度WQ是指波度輪廓。兩(liang) 者均使用相同的均方根方法進行測量，但空間頻率不同。

其中:

Rq：表麵粗糙度（均方根偏差）

Wq：表麵波紋度（均方根偏差）

T：一般表麵結構（粗糙度或波紋度；均方根偏差）

Lr：樣本長度

Z(x)：沿X軸的表麵輪廓

圖3:在給定采樣長度上測得的粗糙度輪廓示例。Rq2表示均方根高度

3.均方根斜率：與(yu) 均方根粗糙度和波度類似，可以使用沿給定采樣長度的表麵的局部傾(qing) 斜的均方根斜率來zhiding光學平滑表麵。

其中:

RΔq：表麵粗糙度斜率（均方根斜率）

WΔq：表麵波紋度斜率（均方根斜率）

4.微缺陷密度的指示：微缺陷是可以在光學光滑表麵上發現的凹坑和劃痕。通常使用光學輪廓儀(yi) 、顯微鏡或顯微圖像比較儀(yi) 對其進行量化。ISO 10110-8規定，“微缺陷的數量N，在分辨率為(wei) 3µm的10mm線掃描範圍內(nei) ，或在相同分辨率的300µm××300µm區域內(nei) 。"

5.功率譜密度（PSD）函數：PSD函數是測量表麵粗糙度的zuiquanmian的統計方法之一。通過提供作為(wei) 空間頻率的函數的每個(ge) 粗糙度分量的相對強度，它允許對表麵紋理特性的完整描述。

這是用於(yu) 計算二維表麵的PSD的通用方程。FX和FY是表麵紋理Z（X，y）的空間頻率，其在邊長為(wei) L的正方形區域上定義(yi) 。

測量表麵粗糙度的計量學

有一係列計量技術專(zhuan) 門適用於(yu) 不同的空間頻率。最常見的是傳(chuan) 統幹涉測量法、白光幹涉測量法和原子力顯微鏡。下麵的圖4展示了哪些區域和波長zuiheshi 這些技術。

圖4:典型計量設備的空間頻率範圍。

傳(chuan) 統的幹涉測量法對於(yu) 測量低空間頻率誤差是理想的。這類表麵誤差被稱為(wei) 圖形誤差，並且與(yu) 典型的Zernike多項式相關(guan) 聯。澤尼克多項式描述了當雷竞技竞彩底金偏離理想形狀時由波前像差引起的誤差。白光幹涉儀(yi) zuishihe測量波度或中等範圍的空間頻率誤差。波紋通常是由於(yu) 產(chan) 生了諸如模糊和對比度降低的效果。最後，原子力顯微鏡為(wei) 表征光學表麵粗糙度的高頻空間誤差提供了最佳分辨率。在這些組中有一些重疊，因為(wei) 白光幹涉儀(yi) 和原子力顯微鏡都可以用於(yu) 測量粗糙度。設備的正確選擇部分取決(jue) 於(yu) 應用的波長。例如，當測量可見光譜或紅外光譜時，WLI是理想的，因為(wei) 它們(men) 通常在小於(yu) 2，000周期/毫米的頻率下進行分析。

超快光學表麵質量的規定

在分析超快光學器件時，製造商必須自行決(jue) 定zhi定表麵質量，因為(wei) 目前沒有這樣做的標準。一些超快光學器件製造商僅(jin) zhi定預塗覆表麵質量，而其他製造商可能僅(jin) 報價(jia) 20-10或更高的塗覆後表麵質量。

為(wei) 超快應用製造的光學器件通常具有厚的專(zhuan) 用塗層，需要長時間的濺射過程。由於(yu) 該過程的長度，缺陷可能會(hui) 濺射到塗層內(nei) ，這會(hui) 導致“灰塵"的外觀或其他不規則的表麵質量。而不是灰塵，這些缺陷是由被濺射的材料流中的小浪湧產(chan) 生的。在整個(ge) 塗覆過程中，濺射速率可能會(hui) 發生變化，這會(hui) 導致塗層的局部微沉積

圖5:具有超快塗層的光學器件的典型外觀。盡管表麵質量不規則，但Edmund Optics保證了我們(men) 超快光學器件的特定性能

盡管它們(men) 的外觀，這些缺陷對光學器件的整體(ti) 性能的影響可以忽略不計。由於(yu) 這些缺陷的尺寸相對較小，當考慮薄膜的整體(ti) 特性（如群延遲色散和反射率）時，光束的受影響部分變得無關(guan) 緊要。雖然在大多數情況下可以忽略不計，但需要小光束尺寸或超低損耗的應用可能會(hui) 因這些缺陷而增加通過係統的散射。為(wei) 了滿足更嚴(yan) 格的規範，可以采取特殊措施來減少整體(ti) 散射，例如從(cong) 超級拋光基板開始。

Edmund Optics®的計量

Edmund Optics采用嚴(yan) 格的全球質量計劃，以確保組件滿足其特定要求。利用包括幹涉儀(yi) 、表麵光度儀(yi) 、坐標測量機（CMM）和許多其他光學和機械計量設備在內(nei) 的一係列設備進行內(nei) 部測試，以確定表麵粗糙度和其他光學特性。