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隨著激光技術的快速發展和激光應用的不斷拓寬，為了在激光系統中實現更低的損耗，需要減小系統內光學元件的散射。研究表明光學元件的散射與其表面粗糙度的平方成正比，因此追求更低的表面粗糙度是關鍵。
表面粗糙度是指被加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是難以區別的，因此它屬于微觀幾何形狀誤差，表面粗糙度越小，則表面越光滑[1] 。所以我們通常將超低表面粗糙度光學元件的表面稱為“超光滑表面”。一般采用Ra（輪廓算術平均偏差）來衡量表面粗糙程度，其表示在取樣長度內輪廓偏距絕對值的算術平均值。
在精密光學加工領域，我們一般把表面粗糙度Ra＜1nm的表面定義為超光滑表面。為了更好的理解，我們可以做個類比：把光學玻璃鏡片產品放大約一百萬倍，那么就猶如4000米長的飛機場跑道上不允許有一粒沙子大小的坑洼或凸起。
為什么需要超光滑表面？
目前超光滑表面光學元件除了可以應用于短波長激光系統和為高精度離子束濺射（IBS）鍍膜涂層提供基片之外還有以下兩個極具爆發性的應用領域：
（1）隨著自動駕駛技術前景的明朗，用于精確定位運動中汽車方位的激光陀螺儀的市場需求巨大。為了減少光線散射對激光陀螺儀精度的影響，就需要確保激光陀螺儀光學零件具備超光滑表面。
（2）光學元件的激光損傷是制約高功率激光系統發展的關鍵問題，而大量研究表明，影響光學元件的激光損傷閾值的核心瓶頸即是光學元件的表面粗糙度。隨著“萬瓦級”激光器的普及，0.1納米級超光滑表面加工技術已成為各大光學元件廠商競相追逐的高地。
超光滑表面是如何檢測的？
由于超光滑表面的表面粗糙度數值極小，所以常規的金剛石探針接觸掃描法精度已無法滿足要求；高靈敏度的原子力顯微鏡（AFM）由于取樣視場太小，適用于實驗室，而非工業生產檢驗，所以目前檢測光學元件粗糙度的主流方法是白光干涉法（WLI）。其原理是利用白光干涉測量光程差，獲得比傳統HeNe激光器干涉儀更精細的表面誤差水平，以此來測定超光滑表面的表面粗糙度數值。經準直后的光源經過分光棱鏡后分成兩束，一束光經被測表面反射回來，另一束光經參考鏡反射。PZT驅動參考鏡在垂直方向均勻、緩慢、連續運動，改變參考光路與測量光路的光程差。垂直掃描過程中，CCD順序獲取一系列的白光干涉圖，通過三維形貌恢復算法計算并定位出每個像素點的零光程差位置，即可得到相應的高度信息，從而恢復出待測件的表面三維形貌，通過分析軟件讀取出所需要表面粗糙度Ra值。
福晶科技擁有基于白光干涉（WLI）檢測技術的Zygo Newview8300白光干涉儀，從而確保了產品表面粗糙度檢測精度的穩定可靠；同時福晶科技也可以根據客戶要求提供超光滑表面產品的原子力顯微鏡（AFM）測試報告。
超光滑表面是如何加工出來的？
由于傳統的拋光加工是一種利用磨料的磨削作用去除表面層的過程，為獲得更高精度的表面粗糙度就需要用到更精細的磨料。但研究表明當光學元件表面粗糙度Ra達到1nm級別之后，無論用多么細的磨料，松散的研磨拋光都會導致光學元件表面產生某種程度的亞表面損傷，從而阻礙光學元件表面粗糙度進一步的改善提升。熔石英光學元件不溶于水，但在拋光過程中會形成一層非晶態的SiO2層，我們稱之為貝爾比層。一旦形成了這種結構，它就能保護熔石英表面不受磨料切削導致亞表面損傷[5]。
利用這個特點，福晶科技經過多年深入研究，開發出了一種能批量化生產超光滑表面元件的工藝，通過嚴格控制拋光液的溫度和pH值，熔石英光學元件表面在拋光加工中形成結構穩定的貝爾比層，同時精確利用化學反應，加工出的光學元件表面粗糙度Ra可達到0.1nm級別。
參考文獻：
[1] 崔文廣.《基于激光散斑的表面粗糙度測量系統設計》[D].安徽新華學院，2013.
[2]  http://blog.sina.com.cn/s/blog_12d0a991f0102uyac.html
[3]http://hunan.sina.com.cn/news/s/2021-04-11/detail-ikmyaawa9067840.shtml
[4]http://resources.made-in-china.com/article/product-industry-knowledge/MEnQucxPtJlm/Improve-Metrology-for-Sapphire-Substrates-Used-in-LED-Production
[5] Finch, G. Ingle. “The Beilby Layer on Non-Metals.” Nature, vol. 138, no. 3502, 1936, pp. 1010–1010., doi:10.1038/1381010a0.
查詢進一步信息，請訪問官方網站http://gb.castech.com/about11211.html?2。（Donna Zhang，張底剪報）
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