光学系统中的非球面元件可以增加自由设计变量而不会引入新的像差。这带来了改进的成像质量并减小了尺寸和重量。非球面元件广泛应用于高端光电仪器，如空间和地面天文望远镜、深空探测平台和地球观测光学。

打造世界最大的碳化硅非球面镜

望远镜系统的两个关键规格是角分辨率(AR)和光收集能力(LCC)。这些规格与系统的孔径密切相关。AR与望远镜的直径成反比，而LCC与其平方值成正比。孔径越大，AR和LCC越高，越强。因此，增加光圈对于提高望远镜的性能变得至关重要。这就是为什么天文学和地球观测社区都需要大型望远镜的原因。

现代地面望远镜和太空相机中较大尺寸的主镜对镜面材料和全空间频率(FSF)形状误差控制提出了苛刻和严格的要求。迫切期望在支持精确高效制造大型非球面镜的镜面材料方面取得突破。

在发表在《光：科学与应用》上的一篇新论文中，由长春光学精密机械与物理研究所张学军教授领导的科学家团队开发了一些制造大镜子的新技术。他们的论文题为“世界上最大的SiC非球面镜的高精度制造中的挑战和策略”，见证了该团队建造了最大的非球面镜。

SiC具有更高的比刚度(SS)和尺寸稳定性(DS)。它非常适合恶劣环境应用。反应键合碳化硅(RB-SiC)工艺可以产生半封闭的背部结构，进一步增加其SS和DS。大口径SiC反射镜正成为全球望远镜界的新宠。制造直径超过2m的大型SiC反射镜极具挑战性。还有复杂的物理相变和化学反应。

现有技术不适用于直径超过1.5m的镜子。制造非球面镜的难度与孔径的三次方成正比。最大的磁流变抛光(MRF)抛光设备最大加工尺寸为2.5m。

研究人员制造了一个直径为3m的单片SiC镜坯。他们还通过反应成型接头技术制造了直径为4.03m的SiC镜面毛坯。使用国产MRF24抛光机，最大加工范围4.5m直径，对4.03mSiC非球面镜进行高精度抛光。

研究人员还提出了一种PVD​​熔覆工艺来提高基板表面质量。在衬底表面上沉积了一层薄的硅包层，其缺陷被硅材料覆盖。加工温度低，变形率非常低。