三个关键工序:合成、加工和涂覆
追求高品质、高精度、高性能
合成装置稳定运行，保证了产品质量
南巴等人开发的ZnSe合成技术一直在稳步传承。目前，住友电工五金株式会社激光光学部的片冈茂子承担着这项任务。
“高质量的ZnSe晶体具有较低的激光束吸收。对于最新的激光加工机，镜片的吸收率必须在0.15%或更低。例如，如果入射激光能量为1000w，则透镜的吸收应小于等于1.5W。当透镜吸收光束并变热时，它的焦距会发生变化，这种变化虽然很小，但会使光束散焦。最初的发展目标仅仅是抵抗梁的破坏，现在已经不够了。高精度激光加工不能接受光束聚焦特性的任何变化，即使是微小的变化，”片冈说。
工厂的操作对于生产高质量的ZnSe并不简单。批量合成的ZnSe重达数百公斤。合成过程持续数百小时。最重要的是，一旦合成开始，就不允许停顿，即使是几分之一秒。如果该过程中途停止并重新启动，则无法生成光学均匀的ZnSe。
“合成工厂使用易燃和有毒的物质气体，如半导体生产。因此，除了合成室之外，所有设备和系统都处于持续监控之下，包括供气、压力控制、排气、解毒和冷却。为了对整个系统进行持续监测，并在发生故障时安全关闭，合成工厂有一个系统，该系统包括地震仪器和应急发电机。然而，如果至关重要的传感器和设备的可靠性较低，结果将是频繁停机，从而无法实现有利可图的大规模生产。我对设备进行了长期的现场测试，精心选择了无差错的传感器和低故障的设备，使系统冗余，建立了一个高度可靠的工厂。我的目标是通过保持最佳的参数和条件，包括温度、压力和气体流速，来提供低吸收率、高质量的ZnSe。我现在正致力于引入人工智能(AI)来检测工厂故障的迹象，”片冈说。
具有极低像差的非球面透镜
通常，用于聚焦光束的透镜是球形的。然而，由于其固有的像差(光学误差)，球面透镜无法将光聚焦到衍射极限，即理论最小直径。解决这个问题的方法是使用非球面透镜。住友电气集团利用其通过开发Fθ透镜而获得的以金刚石刀具和超高精度车削车床为特点的切削技术，开发了一种ZnSe非球面透镜，以最小的像差聚焦光。激光光学系的土山康弘负责非球面透镜的研制。
“我最近的成就是开发了一种由合成熔融石英玻璃制成的非球面透镜，作为光纤激光钣金切割机的聚焦透镜，这种透镜正在迅速得到广泛应用。ZnSe是一种相对柔软的材料，因此可以切割成非球面。同时，合成熔融二氧化硅太硬，难以切割。一项新技术通过研磨和抛光使其成为非球面。还需要开发一种检测技术，以检查材料是否已加工到设计的非球面形状。
非球面透镜的几何精度要求达到0.5 μm或更高，这相当于不均匀度小于1mm的运动场面积。为了使这种几何精度成为可能，精密抛光和几何测量技术已经建立在高水平，同时也提供了质量保证。许多加工机厂家都选用了该产品。非球面透镜已经成为激光加工机的必需品，”土山说。
开展无钍显影工作
透镜表面有一层涂层，以防止表面反射光束，因为即使是高功率激光的轻微反射也有可能燃烧附近的部件。ZnSe透镜的传统涂层材料是氟化钍。该材料的优点是对光束的吸收很小，可以很容易地真空沉积。然而，钍是一种放射性物质。2009年，日本政府发布了指导方针，要求在处理超过规定水平的放射性物质时采取措施确保安全。根据最近日益增强的环保意识，住友电气集团开发了一种不使用氟化钍的无钍增透涂层。激光光学部门的Yukihisa Kusunoki负责开发。
“最大的挑战是将新开发的涂层的光束吸收率降低到相当于或低于使用钍的传统涂层的水平。我广泛阅读了现有的文献。然而，没有这种物质以单一化合物的形式存在。这一发展陷入了死胡同。就在那个时候，我想到了将多种化合物混合在一起，做出一种原创的作品。这是一个重大突破，”Kusunoki回忆道。
Kusunoki和其他人寻找候选物质，并探索它们的混合比例。因此，通过设计一种光学薄膜来降低吸收率，并优化制造条件，他们开发了一种使用无钍薄膜的透镜，并将其投放市场。
“在开发的早期阶段，虽然产品的初始性能没有问题，但在客户的激光加工机上长时间使用时，涂层持续损坏。这个问题经常出现，我们有过困难时期。然而，我们在必要时改进了涂层，并能够完全消除公司的钍基工艺，通过了内部和外部进行的严格评估测试。雷电竞app官方我们竞争对手的光学元件仍然使用钍。在我看来，新开发的技术展示了住友电气的竞争优势，”Kusunoki说。
