從智能手機(jī)的攝像頭模組到虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備的沉浸式顯示，從自動駕駛汽車的激光雷達(dá)到深空探測望遠(yuǎn)鏡的銳利“鷹眼”，再到生命科學(xué)顯微成像的入微洞察，精密光學(xué)元件無處不在，它們是信息獲取、傳輸與交互的“眼睛”和“神經(jīng)”。然而，當(dāng)應(yīng)用需求朝著更高精度、更小尺寸、更復(fù)雜功能、更低成本的方向飛速演進(jìn)時，傳統(tǒng)光學(xué)制造工藝的局限性日益凸顯。如何以更低的成本、更高的效率、更精的品質(zhì)，規(guī)模化制造出滿足尖端需求的精密光學(xué)元件？這不僅是產(chǎn)業(yè)界面臨的共性挑戰(zhàn)，更是衡量一個國家高端制造能力的重要標(biāo)尺。
在此背景下，第六屆世界光子大會的召開，將匯聚全球智慧，共同探討破局之道，而來自俄亥俄州立大學(xué)的Allen Yi教授的報告-《An Investigation of Material Property Changes in Compression Molding of Precision Optics》，正將破解這一困局的鑰匙指向壓縮成型中神秘的“熱力學(xué)密碼”。當(dāng)熔融玻璃在千度高溫模具中流動，又在毫秒級時間內(nèi)急速冷卻，其分子結(jié)構(gòu)如同被瞬間凍結(jié)的河流——密度波動、折射率梯度、殘余應(yīng)力場如同幽靈般潛伏其中。這些納米尺度的變化，足以讓價值百萬的光學(xué)系統(tǒng)性能崩塌。他的報告或許將為我們揭示精密光學(xué)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)核心技術(shù)突破。
深度聚焦：Allen Yi教授揭秘精密模壓成型中的“冰與火”
為何材料屬性變化是“阿喀琉斯之踵”？
玻璃材料在從高溫熔融態(tài)到低溫固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，經(jīng)歷著復(fù)雜的物理和化學(xué)演變。首先，幾何形狀的精確復(fù)現(xiàn)是首要挑戰(zhàn)。冷卻過程中的不均勻收縮會導(dǎo)致最終透鏡面形偏離設(shè)計值，微米乃至納米級的偏差，都可能導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)性能的斷崖式下跌，如成像模糊、分辨率降低、像差增大等。其次，材料折射率的均一性與精確控制至關(guān)重要。折射率是光線在介質(zhì)中傳播行為的核心參數(shù)，其在冷卻過程中的變化（通常隨密度變化）若不被精確預(yù)測和控制，將如同光線行進(jìn)途中的“迷霧”或“扭曲的棱鏡”，使得實(shí)際光路偏離設(shè)計，影響成像質(zhì)量和系統(tǒng)功能。再者，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是另一大隱患。
Allen Yi教授的“破冰”之道
精密玻璃模壓成型的美好前景之下，隱藏著一道難以逾越的技術(shù)鴻溝——即玻璃材料在模壓成型過程，尤其是在關(guān)鍵的冷卻階段，其材料屬性會發(fā)生顯著變化。Allen Yi教授團(tuán)隊通過實(shí)驗(yàn)揭示了玻璃材料在壓縮成型中的“相變窗口”：當(dāng)冷卻速率控制在15-20℃/min時，材料的折射率波動可降至0.001以下，接近單晶硅的穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)“快速冷卻保形”的認(rèn)知，為材料設(shè)計提供了新方向。
Allen Yi 教授在精密工程領(lǐng)域有著深厚的學(xué)術(shù)造詣和豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。他的報告具有極高的學(xué)術(shù)性和前瞻性。在報告中，教授將通過在不同條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，揭示材料性能變化背后的基本機(jī)制，并對由此導(dǎo)致的材料性能變化，如折射率變化和殘余應(yīng)力等進(jìn)行詳細(xì)的表征。同時，為了更好地理解冷卻過程，教授還運(yùn)用了有限元分析進(jìn)行數(shù)值模擬。通過實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的結(jié)合，充分展示了只要在冷卻過程中實(shí)施適當(dāng)?shù)臒峥刂疲瑝嚎s成型過程就能夠被精確控制。
誠邀參會
第六屆世界光子大會無疑為光學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了一個寶貴的交流平臺。Allen Yi 教授的報告有望為解決壓縮成型技術(shù)中的關(guān)鍵問題提供新的思路和方法。我們期待此次大會能夠?yàn)楣鈱W(xué)產(chǎn)業(yè)撥開迷霧，指明方向，推動精密光學(xué)制造技術(shù)邁向新的臺階，為各個領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展注入新的動力。
