随着科学与技术的发展,玻璃透镜越来越广泛地应用在航空航天、激光投影、生物医疗和消费电子等领域,因此对高表面质量和光学性能的玻璃透镜的需求也在不断增加。传统研磨、抛光等玻璃加工工艺的生产效率无法满足日益增长的玻璃透镜需求,而玻璃模压技术已经成为最合适的玻璃透镜批量制造技术。玻璃模压是一种利用带有特定设计面形的超精密模具,对高温软化的玻璃预形体进行加压成型,从而使模具面形复制到玻璃表面的精密透镜加工成型技术。玻璃模压技术具有环境友好、高效率、低成本、批量化的优势,应用前景广阔,已经成为工业领域和学术领域的研究热点。本课题针对光学玻璃模压关键技术进行系统研究,聚焦玻璃模压工艺现存关键问题,从玻璃本构模型、模压模具预补偿、模具抗粘连涂层制备和模压透镜性能评价等方面进行了深入探索。首先,针对高温玻璃粘弹性应力松弛及结构松弛特性进行了系统的分析总结。以D-ZK3玻璃为典型材料,对平凸非球面透镜的模压过程进行有限元建模,归纳了模压过程中模压温度、模压速率、保持压力、冷却速率等关键工艺参数对模压透镜残余应力分布的影响。讨论玻璃模压过程中由于材料热胀冷缩造成的模压透镜面形误差的问题,揭示了玻璃模压模具预补偿的原理,提出了数学分析模具预补偿方法。通过测量玻璃加热冷却过程中热膨胀曲线,得到特定冷却速率下玻璃的冻结假想温度,快速计算模具预补偿因子。通过模具预补偿,将口径为5.3mm的透镜非球面面形误差PV值由2.04μm降低至0.31μm,从而满足几何评价指标。其次,为了避免玻璃模压中玻璃与模具之间的粘连,避免模压透镜出现表面瑕疵,本文针对模具抗粘连涂层进行了研究。随着模压玻璃透镜的应用不断拓宽,开发一种同时适用于可见光玻璃和红外玻璃的抗粘连涂层是十分必要的。本研究中提出并利用化学气相沉积法在碳化钨基底上制备了一种新型α-Al2O3涂层,通过优化参数后的超精密磨削后处理,使涂层表面粗糙度Ra由100 nm降低至10nm。选用典型D-ZK3可见光玻璃和IRG206硫系玻璃,对涂层进行润湿性测试和玻璃模压实验。实验结果表明,α-Al2O3涂层对两种玻璃材料均具有良好的抗粘连性能,是一种极具潜力且普适性良好的玻璃模压抗粘连涂层。最后,针对满足几何评价指标的模压透镜无法达到光学性能评价指标的问题,本文对透镜偏心及多种空间频率面形误差分量进行了研究。通过光学仿真,发现透镜偏心导致光斑畸形,为了得到对称性良好的光斑,需要将透镜倾斜偏心和偏移偏心分别限制在0.03°和0.03 mm以内。基于正弦光栅衍射理论,对中频面形误差和光斑包圈的关系进行数学建模,得出光斑包圈与中频面形误差各参量的数值关系。通过模压实验验证了模型的正确性,并通过抛光模具消除了光斑包圈,提高了透镜光学质量。通过此研究建立了模压透镜几何评价与光学评价相统一的评价体系。本研究结合超精密玻璃模压的实际需求,针对生产中亟待解决的关键问题,从多角度逐步提升模压透镜的精度,为制造同时具有良好几何精度和光学性能的模压透镜提供了理论依据和技术支撑。