“胖五”沖天了這項用航天領域的超牛技術你可能還不了解

　　12 月 27 日，長征五號遙三運載火箭（由于體型寬大，又被大家親切地稱呼為“胖五”）在文昌航天發射場發射升空，標志著我國航天技術再上新的臺階。

　　航天及空間觀測領域是“高、精、尖”光學技術應用最為廣泛、深入的領域。遙感技術、激光技術、空間望遠鏡等技術或設備對高精度光學元件有著旺盛的需求，傳統研磨或拋光技術很難滿足高精度光學元件的制作要求，而磁流變拋光技術（MRF）很好地解決了這個問題。

　　MRF 技術被認為是近年來光學加工領域革命性創新技術之一，通常通過數控技術，利用磁場控制含有磁性顆粒的研磨粉漿，對光學元件進行精密拋光處理，達到更高的加工精度及光學元件表面質量。

圖 1. 傳統研磨技術示意圖

　　37道工序打造獨一無二的先進光學系統

　　如今，這種先進加工技術應用在光譜儀的光學元件制造過程中。自由曲面（FreeForm）準直鏡，是 5800 ICP-OES 核心特點之一。采用先進的磁流變拋光技術，經過 37 道工序制作而成了納米級別加工精度的自由曲面準直鏡。

　　相對于傳統準直鏡，“FreeForm”準直鏡擁有獨一無二的“自由曲面”，最佳地匹配了波長的范圍，使得每一波段都可均勻準直并準確聚焦，消除了像散和聚焦的邊緣效應，元素信號光斑更加緊湊，形狀更優異，高通量高靈敏度地進入檢測器。

圖 2. 自由曲面準直鏡

　　準直鏡的作用

　　ICP-OES 中的準直鏡起著非常關鍵的作用：來自于狹縫的點光源非平行光，準直鏡的作用就是將其反射并準直為平行光，最終到達光柵分光。如果沒有來自準直鏡的平行光線，光柵無法準確地進行波長分光。

圖3. 準直鏡的工作原理示意圖

　　每一波長的光進入光學系統，都會有微小的路徑差異。每一波長的光經過光柵和棱鏡組件的色散后，會產生一定的偏移，并反射到聚焦鏡的不同區域。因此，每一波長的光都需要獨特的準直鏡角度才可獲得準確的聚焦。如果僅僅采用單一曲面的聚焦鏡來同時反射光源光線，就會產生像差，從而導致分辨率差、峰形差以及檢出限差等一系列偏差。

　　神奇的 FreeForm 成就下一代 ICP-OES

　　FreeFrom 準直鏡，極大消除了多色儀普遍存在的光學像散以及檢測器邊緣效應的問題。光線集中在更小的區域，從而提高了分辨率，改善了檢出限，讓 ICP-OES 光室進一步小型化，也令 ICP-OES 技術發展到了新的高度。

圖 4. 自由曲面準直鏡與最佳擬合球面半徑的偏差低至納米級別

　　由于肉眼無法看到曲率，這面鏡子看起來就像球面鏡，但是其中微小的變化對光譜儀的性能產生了巨大的影響。

圖 5. 對于 As188.980 nm 的分辨率峰型，無 FreeForm（左）和有 FreeForm（右）的效果對比

圖 6. Agilent 5800 ICP-OES 系統