專利名稱：板條激光介質(zhì)的表面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種板條激光介質(zhì)的表面加工方法。
背景技術(shù)：
高平均功率的固體激光器以其峰值功率高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，在民用(如激光切害I]、焊接、熱處理、打標)、軍用(如激光雷達、測距、光電對抗)和空間通信等方面展示出重要的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的固體激光器由于采用圓棒狀激光工作介質(zhì)，熱透鏡效應(yīng)非常嚴重，限制了激光輸出功率及光束質(zhì)量。而采用板條狀激光介質(zhì)可有效改善這一狀況，通過設(shè)計合理的之字形(zigzag)光路，可明顯減輕熱透鏡效應(yīng)對輸出激光的影響，并消除應(yīng)力引起的雙折射效應(yīng)。為了滿足激光光束在激光介質(zhì)內(nèi)部全反射從而形成之字形光路，板條激光介質(zhì)各表面(特別是兩個大面)需要達到很高的加工精度，包括面形精度、平行度及光潔度等，這對元件的光學(xué)冷加工提出極高的要求。YAG系列晶體或陶瓷是目前在高功率板條激光器中應(yīng)用最廣泛的一類板條激光介質(zhì)。該類器件通常的加工方法是在研磨機上利用浙青、聚氨酯或純錫等拋光模，磨料選用金剛石或氧化鋁微粉進行手工拋光或機拋。但現(xiàn)有的加工方法卻面臨以下三方面困難①板條材料硬度高(如YAG晶體的莫氏硬度達8. 5以上)，材料去除困難，拋光過程主要依靠機械作用進行材料去除，拋光表面極易產(chǎn)生劃痕等加工缺陷；②板條元件是典型的超薄型光學(xué)零件，結(jié)構(gòu)剛性差，傳統(tǒng)的粘結(jié)上盤方式通常會帶來非常大的加工變形；③采用軟質(zhì)拋光模進行拋光時，雖可獲得較好的表面光潔度，但工件面形會出現(xiàn)嚴重的塌邊現(xiàn)象。申請?zhí)枮?0105801. 7的中國專利提出將成盤后的YAG晶體自身互為工件和模具，采用金剛石微粉乳劑為拋光液，在研磨機上進行對磨拋光加工，一定程度上提高了加工效率，但元件表面仍會出現(xiàn)劃痕，大面表面光潔度只能達到II級，無法滿足目前高功率固體激光器的應(yīng)用要求。申請?zhí)枮?00910310318. 9的中國專利針對超薄晶體下盤后面形變形的問題，通過在真空吸附墊上涂少許水后進行吸附上盤，在二軸機上完成拋光加工。但該方法為保證晶體面形不塌邊，需在被加工晶體周圍粘貼配盤晶體，當被加工晶體為具有鋒利端面棱邊倒角(如45°端面)的板條時，加工過程及上下盤過程極易造成晶體的崩邊或崩角損壞。綜上，現(xiàn)有的各種加工技術(shù)還無法解決板條激光介質(zhì)元件高面形精度與高表面光潔度之間的矛盾，實現(xiàn)板條激光介質(zhì)高精度、高效率和低缺陷的加工制造仍比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種板條激光介質(zhì)表面加工方法，該方法可以使板條激光介質(zhì)同時獲得高面形精度和優(yōu)良的表面光潔度。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是板條激光介質(zhì)的表面加工方法，該方法包括以下步驟(1)首先采用粘結(jié)劑將完成切割后的板條激光介質(zhì)進行粘結(jié)上盤，在平面研磨機上分別對兩個大面進行研磨和預(yù)拋光；(2)將已完成預(yù)拋光的板條激光介質(zhì)采用彈性吸附方式上盤；(3)最后在平面研磨機上利用合成拋光盤對彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)進行精拋光。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明的板條激光介質(zhì)表面加工方法，精拋光采用彈性吸附方式上盤，操作簡便，不會造成元件下盤后面形變形的問題，且不需要在工件周圍粘貼配盤的玻璃或晶體，避免了元件在加工過程中崩邊或崩角的危險。與傳統(tǒng)的浙青、聚氨酯、純錫盤拋光相比，本發(fā)明采用的合成拋光盤拋光技術(shù)在保證元件表面質(zhì)量的同時，不會產(chǎn)生蹋邊現(xiàn)象，使工件面形精度和拋光效率得到大幅提高。采用本發(fā)明加工出的板條激光介質(zhì)面形精度高、表面光潔度好，不會產(chǎn)生劃痕和凹坑等加工缺陷。本發(fā)明的加工方法不僅可用于YAG系列晶體或陶瓷板條的加工，也可應(yīng)用于加工其它類似晶體、陶瓷或硬脆材料。


圖I為本發(fā)明板條激光介質(zhì)的表面加工方法的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明板條激光介質(zhì)彈性吸附方式上盤示意圖。
圖3為圖2的俯視圖。圖4為本發(fā)明利用合成拋光盤拋光板條激光介質(zhì)的示意圖。圖5為本發(fā)明實施例中合成拋光盤的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明方法與傳統(tǒng)拋光工藝拋光板條激光介質(zhì)的面形塌邊量比較圖。圖7為發(fā)明實施例加工的板條激光介質(zhì)的面形精度結(jié)果。圖中標記為1為板條激光介質(zhì)、2為真空吸附墊、3為平面基板、4為合成拋光盤。
具體實施例方式本發(fā)明板條激光介質(zhì)的表面加工方法的工藝流程如圖I所示，本發(fā)明的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，包括以下步驟(1)首先采用粘結(jié)劑將完成切割后的板條激光介質(zhì)I進行粘結(jié)上盤，在平面研磨機上對板條激光介質(zhì)進行研磨和預(yù)拋光，完成板條激光介質(zhì)I第一個大面的預(yù)拋光后進行下盤，翻面，然后對第二個大面進行粘結(jié)上盤、研磨和預(yù)拋光。其中，上盤用的粘結(jié)劑為石蠟或浙青，平面研磨機上的研磨盤為鐵盤或銅盤，預(yù)拋光的拋光盤采用浙青或聚氨酯制成，研磨液為碳化硅，最好采用性能和純度更好的綠色碳化硅。拋光液為金剛石或Al2O3微粉懸浮液，研磨盤轉(zhuǎn)速為10 60rpm。預(yù)拋光后板條激光介質(zhì)I表面達到基本光亮，板條激光介質(zhì)厚度達到基本公差要求。(2)將兩個大面均完成預(yù)拋光的板條激光介質(zhì)I采用彈性吸附方式上盤。具體是在平面度優(yōu)于I μ m的圓形平面基板3表面粘貼相同形狀尺寸的真空吸附墊2，將真空吸附墊2擦凈并吹干，然后將同樣擦凈并吹干的板條激光介質(zhì)I對稱排布到真空吸附墊2上，由于板條激光介質(zhì)I的兩個大面已經(jīng)拋光，因此輕輕壓緊就可使板條激光介質(zhì)I吸附牢固。由于上盤過程不需要加熱，圓形平面基板3平面度高，板條激光介質(zhì)I各區(qū)域吸附力均勻，因此利用該方式上盤后不會造成工件下盤后面形變形的問題，并且由于不在工件周圍粘貼配盤的玻璃或晶體，降低了工件在加工過程中崩邊或崩角的風(fēng)險。(3)在平面研磨機上利用合成拋光盤對彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)I進行精拋光。拋光壓力為30 500Pa，拋光轉(zhuǎn)速為5 40rpm。精拋光所用拋光磨料為平均粒度為O. 05 I μ m的氧化物微粉磨料，氧化物微粉磨料可以是Ce02、A1203、ZrO2, SiO2等。上述合成拋光盤由樹脂微粉、金屬微粉和磨具濕潤劑混合并熱壓成型，其重量百分比組成為30 65%的樹脂微粉、35 65%的金屬微粉、I 5%的磨具濕潤劑，該合成拋光盤包含大量氣孔，且其中的金屬微粉硬度低于所使用的拋光磨料硬度，拋光磨料可部分嵌入合成拋光盤表面，構(gòu)成一種半固結(jié)磨料拋光的拋光狀態(tài)。上述的樹脂微粉為聚酰亞胺或酚醛樹脂微粉，上述的金屬微粉可以是錫、鉛、銻、銅等。由于合成拋光盤的硬度大大高于浙青、聚氨酯、純錫等傳統(tǒng)拋光材料的硬度，使得工件壓向拋光盤時，其接觸表面幾乎不發(fā)生彈性形變，不會弓I起工件邊緣壓力的奇異性，從而避免了工件的塌邊現(xiàn)象。在上述的加工過程中，可對多件板條激光介質(zhì)I同時進行加工,實現(xiàn)批量加工。下面結(jié)合附圖和具體實施例詳細闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。 以尺寸規(guī)格為IOOmmX 30mmX 3mm的Nd: YAG板條激光介質(zhì)I為試驗樣件，樣件數(shù)
量為2件。首先將已完成切割后的Nd: YAG板條激光介質(zhì)I用石蠟粘貼到陶瓷盤上，在平面研磨機上對完成上盤后的板條進行研磨和預(yù)拋光。其中，研磨時采用銅盤作為研磨盤，采用粒度為W14的綠色碳化硅作磨料，研磨時機床轉(zhuǎn)速為40rpm，研磨后工件表面砂眼均勻；預(yù)拋光時采用聚氨酯墊作拋光盤，采用粒度3 μ m的氧化鋁微粉懸浮液作拋光液，拋光時機床轉(zhuǎn)速為20rpm，預(yù)拋光后板條激光介質(zhì)I表面達到基本光亮，厚度達到基本公差要求。完成板條激光介質(zhì)I第一個大面的預(yù)拋光后進行下盤，然后翻面，對第二個大面按前述相同方法進行粘結(jié)上盤、研磨和預(yù)拋光。如圖2和圖3所示，將已完成預(yù)拋光的板條激光介質(zhì)I進行彈性吸附方式上盤，即在平面度優(yōu)于I μ m的圓形平面基板3表面粘貼相同形狀尺寸的真空吸附墊2，將真空吸附墊2擦凈并吹干，然后將同樣擦凈并吹干的板條激光介質(zhì)I對稱排布到真空吸附墊2上，由于板條激光介質(zhì)I的兩個大面已經(jīng)拋亮，因此輕輕壓緊就可使板條激光介質(zhì)I吸附牢固。由于上盤過程不需要加熱，圓形平面基板3平面度高，板條激光介質(zhì)I各區(qū)域吸附力均勻，因此利用該方式上盤后，不會造成為下盤面形變形的問題。并且由于不在工件周圍粘貼配盤的玻璃或晶體，降低了元件在加工過程中崩邊或崩角的風(fēng)險在平面研磨機上利用合成拋光盤4對前述彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)I進行精拋光，如圖4所示。拋光壓力為200Pa，拋光轉(zhuǎn)速為20rpm。精拋光所用磨料為平均粒度
O.3 μ m的Al2O3微粉磨料。所用合成拋光盤4由43%的酚醛樹脂微粉、55%的金屬錫微粉和2%的磨具濕潤劑混合并熱壓成型制成，其顯微結(jié)構(gòu)如圖5所示。由于所述的合成拋光盤4包含大量微型氣孔，且其中的錫硬度低于磨料硬度，拋光磨料可部分嵌入合成拋光盤4表面，將構(gòu)成一種半固結(jié)磨料拋光的拋光狀態(tài)，在保證板條激光介質(zhì)I表面質(zhì)量的同時可大大提高拋光效率。試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明加工Nd:YAG板條激光介質(zhì)I的面形塌邊量不超過O. I λ (I λ =632. 8nm),遠小于傳統(tǒng)加工工藝的塌邊量,如圖6所示。這是由于合成拋光盤4的硬度大大高于浙青、聚氨酯、純錫等傳統(tǒng)拋光材料的硬度，使得板條激光介質(zhì)I壓向合成拋光盤4時，接觸表面幾乎不發(fā)生彈性形變，不會引起板條激光介質(zhì)I邊緣壓力的奇異性，從而避免了板條激光介質(zhì)I的塌邊現(xiàn)象。最終試驗板條激光介質(zhì)I下盤后的檢測結(jié)果為板條激光介質(zhì)I大面的面形精度PV值為O. 22 λ (I λ =632. 8nm)，局部誤差O. I λ ;平行度優(yōu)于10";粗糙度為O. 55nm(RMS)；表面光潔度達I級,如圖7所示。
權(quán)利要求
1.板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)首先采用粘結(jié)劑將完成切割后的板條激光介質(zhì)進行粘結(jié)上盤，在平面研磨機上分別對兩個大面進行研磨和預(yù)拋光；(2)將已完成預(yù)拋光的板條激光介質(zhì)采用彈性吸附方式上盤；(3)最后在平面研磨機上利用合成拋光盤對彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)進行精拋光。
2.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為石臘或浙青。
3.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述研磨采用的研磨盤為鐵盤或銅盤，研磨液為綠色碳化硅，研磨盤轉(zhuǎn)速為10 60rpm。
4.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述預(yù)拋光采用的拋光盤為浙青或聚氨酯，拋光液為金剛石或Al2O3微粉懸浮液，磨盤轉(zhuǎn)速為10 60rpm。
5.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述彈性吸附方式上盤為在平面度優(yōu)于Iym的圓形平面基板表面粘貼真空吸附墊，將真空吸附墊擦凈并吹干，然后將同樣擦凈并吹干的板條激光介質(zhì)排布到真空吸附墊上，壓緊使板條激光介質(zhì)吸附牢固。
6.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述合成拋光盤由樹脂微粉、金屬微粉和磨具濕潤劑混合并熱壓成型，其重量百分比組成為30 65%的樹脂微粉、35 65%的金屬微粉、I 5%的磨具濕潤劑。
7.如權(quán)利要求6所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述金屬微粉硬度低于所使用的拋光磨料硬度，所述樹脂微粉為聚酰亞胺或酚醛樹脂微粉，所述金屬微粉是錫、鉛、銻或銅。
8.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述精拋光所用拋光磨料為平均粒度為O. 05 I μ m的氧化物微粉磨料，所述氧化物微粉磨料是Ce02、A1203、ZrO2> SiO2O
9.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)的表面加工方法，其特征在于，所述精拋光的拋光壓力為3(T500Pa，拋光轉(zhuǎn)速為5 40rpm。
10.如權(quán)利要求I所述的板條激光介質(zhì)表面加工方法，其特征在于，所述板條激光介質(zhì)為YAG系列晶體、陶瓷板條、其它類似晶體、陶瓷或硬脆材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種板條激光介質(zhì)表面加工方法，該方法可以使板條激光介質(zhì)同時獲得高面形精度和優(yōu)良的表面光潔度。板條激光介質(zhì)的表面加工方法，該方法包括以下步驟采用粘結(jié)劑將完成切割后的板條激光介質(zhì)進行粘結(jié)上盤，在平面研磨機上分別對兩個大面進行研磨和預(yù)拋光；將已完成預(yù)拋光的板條激光介質(zhì)采用彈性吸附方式上盤；在平面研磨機上利用合成拋光盤對彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)進行精拋光。采用本發(fā)明提出板條激光介質(zhì)表面加工方法，精拋光采用彈性吸附方式上盤，操作簡便，不會造成元件下盤后面形變形的問題，且不需要在工件周圍粘貼配盤的玻璃或晶體，避免了元件在加工過程中崩邊或崩角的危險。
文檔編號B24B37/11GK102909650SQ201210430789
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者謝瑞清, 陳賢華, 雷向陽, 王健, 侯晶, 袁志剛, 鐘波, 馬平, 鄭楠, 廖德鋒, 李潔, 李瑞潔 申請人:成都精密光學(xué)工程研究中心