Page 52 - 《真空与低温》2026年第1期

袁祖浩等：面向离子束抛光的聚焦型射频离子源研制 49

−3
开始计时，作为 8 h 稳定性测试的起点 T 0 。此后每 更小，范围为 9.37×10 ～9.44×10 mm /min，最大值
−3
3
3
−3
隔 2 h 制备一个去除函数斑点，累计获得 5 个独立 与最小值之间相差不足 0.1×10 mm /min，体积去
的去除函数斑点。 除率的波动率计算值仅为 0.33%，远优于≤5% 的
3
实验过程中，系统本底极限真空由分子泵维持， 设计要求，同时其值均满足≥6×10 mm /min 目标
−3
−4
压力低于 5.0×10 Pa；离子束抛光阶段的工艺真空 值。实验获得的 5 个去除函数斑点在尺寸和材料
−2
−2
度维持在 1.2×10 ～1.3×10 Pa 之间。具体工艺参 去除能力上表现出高度一致性。这表明该离子源
数如表 2 所列。工艺完成后，将样品重新安装于干 在长时间连续工作中，其等离子体生成、离子引出
涉仪测量平台，尽量保持与初始测量相同的位姿， 及束流特性均非常稳定，确保了加工工艺的可重复
以测量并记录光学元件面形变化。 性。综上，本实验验证了所研制的聚焦型射频离子

源具备良好的长期运行稳定性，为其在光学制造领
表 2 实验工艺参数
域的实际应用提供了关键性能依据。
Tab. 2 Experimental process parameters

本底压力/ 离子束 射频 加速 气体流量/
保存文件
Pa 能量/eV 功率/W 电压/V （mL/min） 保存文件 查看面形
查看面形
4.0×10 −4 1 200 150 100 5
d 8.31 mm d 8.31 mm
FWH 3.26 m FWH 3.26 m
A 0.812 um/min
A 0.815 um/min B 9.37
测试完成后，采用离子束工艺软件对 5 个去除 B 9.38 10 −3 mm 3 /min 10 −3 mm 3 /min
X-Y View
X-Y View
函数斑点进行束径、体去除效率提取，再按式（1） um um
查看位置偏差 查看位置偏差
计算体去除效率波动 S 1 。
（a）T 0 （b）T 1
v
u
u n
u∑
u
t 2 保存文件 保存文件
(T −T i ) 查看面形 查看面形
1
n d 8.42 mm d 8.43 mm
S 1 = （1） FWH 3.3 m FWH 3.31 m
T A B 0.79 um/min A B 0.79 um/min
9.43
9.39
10 −3 mm 3 /min 10 −3 mm 3 /min
式中：S 1 为体去除效率波动；T i 为第 i 个去除函数 X-Y View X-Y View
um um
斑点测量值；T 为 n 个去除函数斑点各测量点测量 查看位置偏差 查看位置偏差
值的平均值；n 为测量点数。 （c）T 2 （d）T 3
3.2 结果及分析 保存文件
查看面形
在 连续 8 h 的 测 试 过 程 中 ， 离 子 束 的 束 径
与体积去除率均保持高度稳定，测试结果如表 3 和 FWH d 8.36 mm m
3.28
A 0.806 um/min
图 11 所示。 B 9.44 10 −3 mm 3 /min
X-Y View
um
查看位置偏差
表 3 连续 8 h 的测试数据
（e）T 4
Tab. 3 8-hour continuous test data
3
参数 束径/mm 体积去除率/（mm /min） 图 11 连续 8 h 的测试数据屏幕截图
−3 Fig. 11 Screenshot of 8-hour continuous test data
8.31 9.38×10
T 0

−3
8.31 9.37×10
T 1
−3 4 结论
8.42 9.39×10
T 2
−3
8.43 9.43×10
T 3 基于对所研制聚焦型射频离子源的系统性研
−3
8.36 9.44×10
T 4 究、优化设计与实验验证，得出以下结论：
均值 8.37 9.40×10 −3
（1）通过电磁场仿真，确定了线圈匝数为 5 匝
最大值 8.43 9.44×10 −3
时等离子体密度达到较优状态；进一步采用 12 根
最小值 8.31 9.37×10 −3
铝镍钴磁棒组成环形永磁组件，有效改善了放电室
波动 / 0.33%
内磁场分布的不均匀性，增强了电子约束，使电子

束径的波动范围为 8.31～8.43 mm，完全满足 ≤ 运动路径延长，电离效率显著提升。
Φ10 mm 的设计指标。而体积去除率的波动幅度 （2）采用分层软件架构（服务接口层、业务逻