中文摘要：

本课题旨在对一种独特的能够批量生产，并适用于从宏观尺度到微观尺度的多种尺度精密玻璃光学元件的制造工艺- - 热压成型工艺开展研究。这是一种近净成型工艺，在加温加压和无氧条件下，将光学玻璃一次性直接模压成型为达到使用要求的光学元件或阵列。克服了传统磨研工艺生产周期长、浪费原材料，单件生产，难以生产非球面透镜等缺点，有望成为下一代精密光学制造工艺的一种新兴技术。但热压工艺也受热变形，涂层磨损、粘结、成型周期长等因素制约。本研究拟通过成型实验研究和加工过程数值仿真相结合，研究精密玻璃透镜成形过程的科学问题，着重研究不同成型条件（如成型温度，压力，速度和冷却速度）对玻璃材料性能的影响，玻璃材料折射率等光学性质偏差的产生机理、变化规律及对成像质量的影响；探索在模具和透镜设计阶段的形状补偿及加工工艺参数优化方法，以提高透镜质量，降低成本，为我国的光学加工业提供一个实现更清洁更安全的生产环境的工艺路线图。

结论摘要：

背景和科学意义精密光学玻璃透镜热压成型技术具有一次成型、高效率、高精度、低成本、环境友好、可规模生产多尺度玻璃光学元件的特点，有望成为下一代精密光学制造工艺中一个很好的选择。然而，还有相当多的问题需要研究，这其中包括模具的成本与寿命，透镜的表面形貌，折射率变化，残余应力等等。了解问题背后的基本原理，通过解决问题获得认识，得到优化的加工工艺，为我国的光学工业提供一个实现更清洁、更低成本，环境更友好的工艺路线图。主要研究内容 1. 自行设计和研制玻璃透镜的热压成型装备。 2. 数值仿真热压加工过程。研究各工艺参数对热压透镜性能的影响规律，以获得优化的热压工艺参数。 3. 搭建系统，测试研究玻璃透镜的性能（如表面形貌、残余应力、折射率等的空间分布）。 4. 热压实验研究。利用自制设备展开热压实验，将仿真与实验相结合，形成优化的工艺路线。然后在优化工艺下开展应用研究实验。已经取得的重要结果 1.完成了精密热压装置的自行设计、研制。系统组装后通过了温度，真空性能，控制性能测试，满足设计要求。 2.详细仿真研究了温度变化、冷却速率、保持力大小、模具释放温度等因素对于成型玻璃透镜的形貌偏差的影响，研究了各工艺参数对的敏感度，揭示了模具释放温度和冷却速率大小对透镜的形貌偏差都影响不大的规律。提出在较高温度下释放模具，并在快速退火阶段采用较快冷却速率，以提高生产效率。提出了模具提升后与透镜保持微小间隙的必要性问题。 3.设计和搭建了测量残余应力，折射率偏差的系统。利用圆偏光器和六步左右相移法实验方法，获取了透镜在圆偏光器的不同角度下的光强图像，进而获得了应力分布。 4.采用有限元法计算了圆柱透镜以及热压成型非球面透镜中的残余应力的大小与分布。与实验结果较相符，说明有限元仿真可以用来预测热压成型透镜中的残余应力。 5.实验研究和数值仿真了退火工艺对透镜残余应力和折射率分布的影响。结果表明，当退火温度在应变点附近时，透镜中的残余应力得到了释放，但对折射率偏差影响不大；当退火温度在玻璃材料退火点附近时，透镜中的残余应力与折射率偏差都变小。快速冷却阶段的冷却速率不会引入较大的内部应力，因此，在快速退火阶段可以选择较快的冷却速率，来提高生产效率。 6.提出了一种高效、高精度热压成型加工工艺思路。在较高温度下释放模具，在快速退火阶段快速冷却，可