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(diǎn)，在民用(如激光切害I]、焊接、熱處理、打標(biāo))、軍用(如激光雷達(dá)、測(cè)距、光電對(duì)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(yán)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(guò)設(shè)計(jì)合理的之字形(zigzag)光路，可明顯減輕熱透鏡效應(yīng)對(duì)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(gè)大面)需要達(dá)到很高的加工精度，包括面形精度、平行度及光潔度等，這對(duì)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(jī)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(jìn)行手工拋光或機(jī)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(dá)8. 5以上)，材料去除困難，拋光過(guò)程主要依靠機(jī)械作用進(jìn)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(huì)帶來(lái)非常大的加工變形；③采用軟質(zhì)拋光模進(jìn)行拋光時(shí)，雖可獲得較好的表面光潔度，但工件面形會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的塌邊現(xiàn)象。申請(qǐng)?zhí)枮?0105801. 7的中國(guó)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(jī)上進(jìn)行對(duì)磨拋光加工，一定程度上提高了加工效率，但元件表面仍會(huì)出現(xiàn)劃痕，大面表面光潔度只能達(dá)到II級(jí)，無(wú)法滿足目前高功率固體激光器的應(yīng)用要求。申請(qǐng)?zhí)枮?00910310318. 9的中國(guó)專利針對(duì)超薄晶體下盤后面形變形的問(wèn)題，通過(guò)在真空吸附墊上涂少許水后進(jìn)行吸附上盤，在二軸機(jī)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(dāng)被加工晶體為具有鋒利端面棱邊倒角(如45°端面)的板條時(shí)，加工過(guò)程及上下盤過(guò)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(wú)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(shí)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(wèn)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(shí)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(wèn)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(jìn)行粘結(jié)上盤，在平面研磨機(jī)上分別對(duì)兩個(gè)大面進(jìn)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(jī)上利用合成拋光盤對(duì)彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)進(jìn)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(jiǎn)便，不會(huì)造成元件下盤后面形變形的問(wèn)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(guò)程中崩邊或崩角的危險(xiǎn)。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(shí)，不會(huì)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(huì)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(shí)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(shí)施例加工的板條激光介質(zhì)的面形精度結(jié)果。圖中標(biāo)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(shí)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(jìn)行粘結(jié)上盤，在平面研磨機(jī)上對(duì)板條激光介質(zhì)進(jìn)行研磨和預(yù)拋光，完成板條激光介質(zhì)I第一個(gè)大面的預(yù)拋光后進(jìn)行下盤，翻面，然后對(duì)第二個(gè)大面進(jìn)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(jī)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(dá)到基本光亮，板條激光介質(zhì)厚度達(dá)到基本公差要求。(2)將兩個(gè)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(duì)稱排布到真空吸附墊2上，由于板條激光介質(zhì)I的兩個(gè)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(guò)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(huì)造成工件下盤后面形變形的問(wèn)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(guò)程中崩邊或崩角的風(fēng)險(xiǎn)。(3)在平面研磨機(jī)上利用合成拋光盤對(duì)彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)I進(jìn)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(shù)脂微粉、金屬微粉和磨具濕潤(rùn)劑混合并熱壓成型，其重量百分比組成為30 65%的樹(shù)脂微粉、35 65%的金屬微粉、I 5%的磨具濕潤(rùn)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(shù)脂微粉為聚酰亞胺或酚醛樹(shù)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(shí)，其接觸表面幾乎不發(fā)生彈性形變，不會(huì)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(guò)程中，可對(duì)多件板條激光介質(zhì)I同時(shí)進(jìn)行加工,實(shí)現(xiàn)批量加工。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)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(hù)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(yàn)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(jī)上對(duì)完成上盤后的板條進(jìn)行研磨和預(yù)拋光。其中，研磨時(shí)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(shí)機(jī)床轉(zhuǎn)速為40rpm，研磨后工件表面砂眼均勻；預(yù)拋光時(shí)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(shí)機(jī)床轉(zhuǎn)速為20rpm，預(yù)拋光后板條激光介質(zhì)I表面達(dá)到基本光亮，厚度達(dá)到基本公差要求。完成板條激光介質(zhì)I第一個(gè)大面的預(yù)拋光后進(jìn)行下盤，然后翻面，對(duì)第二個(gè)大面按前述相同方法進(jìn)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(jìn)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(duì)稱排布到真空吸附墊2上，由于板條激光介質(zhì)I的兩個(gè)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(guò)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(huì)造成為下盤面形變形的問(wèn)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(guò)程中崩邊或崩角的風(fēng)險(xiǎn)在平面研磨機(jī)上利用合成拋光盤4對(duì)前述彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)I進(jìn)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(shù)脂微粉、55%的金屬錫微粉和2%的磨具濕潤(rùn)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(shí)可大大提高拋光效率。試驗(yàn)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(guò)O. I λ (I λ =632. 8nm),遠(yuǎn)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(shí)，接觸表面幾乎不發(fā)生彈性形變，不會(huì)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(yàn)板條激光介質(zhì)I下盤后的檢測(cè)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(dá)I級(jí),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(jìn)行粘結(jié)上盤，在平面研磨機(jī)上分別對(duì)兩個(gè)大面進(jìn)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(jī)上利用合成拋光盤對(duì)彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)進(jìn)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(shù)脂微粉、金屬微粉和磨具濕潤(rùn)劑混合并熱壓成型，其重量百分比組成為30 65%的樹(shù)脂微粉、35 65%的金屬微粉、I 5%的磨具濕潤(rùn)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(shù)脂微粉為聚酰亞胺或酚醛樹(shù)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(shí)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(jìn)行粘結(jié)上盤，在平面研磨機(jī)上分別對(duì)兩個(gè)大面進(jìn)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(jī)上利用合成拋光盤對(duì)彈性吸附上盤后的板條激光介質(zhì)進(jìn)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(jiǎn)便，不會(huì)造成元件下盤后面形變形的問(wèn)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(guò)程中崩邊或崩角的危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)B24B37/11GK102909650SQ201210430789
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)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(yáng), 王健, 侯晶, 袁志剛, 鐘波, 馬平, 鄭楠, 廖德鋒, 李潔, 李瑞潔 申請(qǐng)人:成都精密光學(xué)工程研究中心