双激光束分离光学晶体装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种双激光束分离光学晶体装置，装置包括二维工作台和两套激光加工系统，激光加工系统均包括Z轴移动机构以及依次位于同一光路上的激光器、扩束准直镜、反射镜和聚焦镜；聚焦镜固定在Z轴移动机构上。该装置利用高峰值功率、低脉冲能量的第一激光束在光学晶体内形成光损伤线形成的一个损伤截面，利用低峰值功率、高脉冲能量的第二激光束作用于所述损伤线所形成的损伤截面上，使光学晶体分离。本实用新型专利技术利用激光与材料相互作用无机械作用力和对激光具有透明性的特点，对光学晶体进行分离，实现在分离光学晶体过程中无碎裂、分离精度高、可任意方向分离和无污染的目的。本实用新型专利技术特别适用于KDP光学晶体的分离。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光加工应用
，具体涉及双激光束分离光学晶体的一种装置，该装置尤其适用于磷酸二氢钾(KDP)光学晶体。
技术介绍
KDP光学晶体是用水溶液培养的一种人工光学晶体，属于四方光学晶体。属于这一类型的光学晶体还有ADP (磷酸二氢氨)、KD*P (磷酸二氘钾)等。由于磷酸二氢钾(KDP)容易生长成大块均勻光学晶体，在0. 2 2. 5 μ m波长范围内透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，所以在光电子技术中得到广泛的应用，是高功率驱动器中的倍频件和电光器件的重要材料，长期以来在非线性光学方面一直广泛用于光的倍频、和频、差频和混频等。而大尺寸、高质量KDP光学晶体材料则是在核爆模拟
中，不可替代的关键材料，是核能发电中核聚变反应器的关键材料之一。由于西方发达国家禁止出口其大尺寸、高质量KDP光学晶体材料及其相关技术，致使该材料在国际市场上十分紧俏。需求大尺寸、高质量的KDP 光学晶体，是我国自行研制核发电机组工作的当务之急，随着核能发电业的发展，KDP光学晶体的需求量将越来越大，建立拥有我国自主知识产权的KDP光学晶体材料生产企业将会带来非常大的经济和社会效益。目前在大尺寸KDP生长工艺技术上已获得了较大的突破， 但在大尺寸KDP光学晶体坯体切割分离加工方面，仍然是一个较大的瓶颈。目前我国的KDP 光学晶体切割分离方法主要是采用机械方法-油冷锯条切割分离方法，这种分割方法具有如下问题1、由于油冷锯条切割加工时产生震动和热效应对具有各向异性、质软、脆性高、易潮解、对加工温度敏感，内部应力大、易开裂的KDP光学晶体造成破坏性伤害极大，使得光学晶体在机械加工时极易发生碎裂；2、机械切割分离总是存在一定宽度的切口，导致光学晶体分离尺寸精度较差；3、机械切割分离方位受KDP光学晶体自身各项异性的影响；4、机械切割分离KDP光学晶体过程中不可避免的产生粉尘和碎屑，将会污染KDP 光学晶体表面，破坏高质量的KDP光学晶体表面质量，严重时，将会导致成型KDP光学晶体报废。
技术实现思路
针对KDP光学晶体在机械切割加工过程中存在以上的问题，本技术提供了一种将高峰值功率、低能量超短脉冲激光束与低峰值功率、高能量激光束相结合的双激光束分离光学晶体装置，该装置实现在分离光学晶体过程中无碎裂、分离精度高、可任意方向分离和无污染的目的。本技术提供的一种双激光束分离光学晶体装置，其特征在于，该装置包括第一、第二激光加工系统和二维工作台，第一激光加工系统包括第一 Z轴移动机构以及依次位于第一光路上的第一激光器、第一扩束准直镜、第一反射镜和第一聚焦镜；第一聚焦镜固定在第一 Z轴移动机构上；第二激光加工系统包括第二 Z轴移动机构以及依次位于第二光路上的第二激光器、第二扩束准直镜、第二反射镜和第二聚焦镜；第二聚焦镜固定在第二 Z 轴移动机构上，第一光路与第二光路平行，用于固定光学晶体的二维工作台位于第一和第二聚焦镜下方。本技术利用激光与材料相互作用无机械作用力和对激光具有透明性的特点， 对光学晶体进行分离，实现在分离光学晶体过程中无碎裂、分离精度高、可任意方向分离和无污染的目的。该装置的基本原理是利用高峰值功率、低能量超短脉冲激光束在光学晶体对在0.2 2.5μπι波长范围内吸收率较低(约为10%左右)的特点，将激光束聚焦在光学晶体内部某一点，使该点处被光学晶体吸收的激光功率密度高于光学晶体的损伤阈值，诱发多光子电离而产生大量的“电子气体”引起强烈的激光的非线性吸收；导致局部烧伤、熔化或微裂，从而可大幅度提高光学晶体对激光的吸收率。此外，采用低能量脉冲激光和超快时间与光学晶体相互作用以及控制光学晶体与激光作用点尺寸，可避免光学晶体因吸收过多的能量和长时间照射下，引起温度过高而产生较大的热应力，导致光学晶体发热开裂的现象；而且还可以忽略不计激光对物质作用时产生的热扩散作用，消除热影响区影响，使未被激光作用区域仍保持光学晶体的固有光学和机械物理性能。将超短脉冲激光的聚焦点自下而上沿分离方向扫描，即可实现对光学晶体内部任意作用截面区域对激光能量吸收率的提高，同时又因化学键断裂或局部熔化而导致该截面区域结合力大幅度减弱，达到分离方向控制的目的。然后采用低峰值功率、高能量激光束沿着高峰值功率、低能量激光束与光学晶体相互作用区域的方向进行扫描。由于光学晶体与高峰值功率、低能量超快脉冲激光束相互作用截面区对激光能量吸收率大幅提高和结合力大幅度减弱，而未被激光作用区域仍保持光学晶体的固有光学和机械物理性能(透过率仍然很高以及结合力依然较大)，使入射激光能量被光学晶体选择性的吸收；即，只有光学晶体提高吸收率区域的光学晶体吸收激光束能量，而未提高吸收率区域则仍具有较高透射率，故光学晶体沿激光扫描方向处的温度迅速达到熔化汽化温度，产生较大的热内应力并沿被激光作用结合力薄弱截面区域迅速扩展，瞬间完成光学晶体的分离，因而本技术具有以下优点1、由于激光束与光学晶体相互作用是非接触性，因而消除了机械方法在切割过程中产生导致光学晶体破碎的震动和机械应力；2、激光分离光学晶体可以比机械切割分离获得更精确的分离尺寸；3、不受光学晶体自身各项异性的影响，可进行任意方向的分离；4、由于双激光束分离光学晶体过程中无粉尘碎屑，也无需油冷却，消除了分离光学晶体过程中对光学晶体表面污染破坏；5、本技术特别适用于KDP光学晶体的分离。附图说明图1为双激光束分离光学晶体装置的一种具体实施方式的示意图；图2为双激光束分离光学晶体装置的另一种具体实施方式的示意图。具体实施方式下面通过附图和实例对本技术作进一步详细的说明。本技术定义高峰值功率、低脉冲能量的激光束为第一激光束，低峰值功率、高脉冲能量的另一激光束为第二激光束。本技术提供的技术方案可以采用两种实施方式来完成，具体说明如下第一种具体实施方式包括下述步骤(1)将第一激光束(峰值功率不低于2 X IO4W,脉冲能量为40nJ到ImJ范围)沿Z 轴方向(即垂直方向)经聚焦镜后形成聚焦激光束入射到光学晶体内，并聚焦在光学晶体底部。第一激光束在晶体的聚焦处获得超过光学晶体的损伤阈值的激光功率密度，产生微小的明亮的闪光点，使局部烧伤、熔化或微裂。光学晶体的激光损伤阈值是指引起光学晶体的光学性能降低，甚至完全丧失光学性能，造成光学晶体激光诱导损伤，定义损伤几率(损伤点数占测定点数的概率)50%时的能量值为激光损伤能量，此值与焦斑面积之比就是激光损伤阈值；(2)第一激光束与光学晶体沿所需分离的χ方向(即光学晶体分离的方向)产生相对移动，使第一激光束在光学晶体底部形成一条光损伤线。移动速度(即扫描速度)取决于激光的峰值功率，通常不小于0. 3m/min ；(3)然后沿Z轴向上移动第一激光束的聚焦点，移动距离为聚焦光斑直径的1到 4倍，使第一激光束再沿χ相反方向以相同扫描速度沿所需分离方向与光学晶体作相对移动，在光学晶体内的第一条光损伤线上方再形成另一条光损伤线；(4)重复步骤(3)，直到整个光学晶体厚度沿分离方向形成一个被第一激光束作用的激光损伤截面；(5)采用第二激光束沿Z轴方向经聚焦镜后形成点或线聚焦激光束入射到光学晶体的所述激光损伤截面上，焦平面位于光学晶体内，第二激光束为分离光学晶体所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种双激光束分离光学晶体装置，其特征在于，该装置包括第一、第二激光加工系统和二维工作台，第一激光加工系统包括第一Ｚ轴移动机构以及依次位于第一光路上的第一激光器、第一扩束准直镜、第一反射镜和第一聚焦镜；第一聚焦镜固定在第一Ｚ轴移动机构上；第二激光加工系统包括第二Ｚ轴移动机构以及依次位于第二光路上的第二激光器、第二扩束准直镜、第二反射镜和第二聚焦镜；第二聚焦镜固定在第二Ｚ轴移动机构上，第一光路与第二光路平行，用于固定光学晶体的二维工作台位于第一、第二聚焦镜下方。

【技术特征摘要】
1. 一种双激光束分离光学晶体装置，其特征在于，该装置包括第一、第二激光加工系统和二维工作台，第一激光加工系统包括第一 Z轴移动机构以及依次位于第一光路上的第一激光器、第一扩束准直镜、第一反射镜和第一聚焦镜；第一聚焦镜固定在第一 Z轴移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：段军，胡乾午，李祥友，王泽敏，曾晓雁，刘建国，高明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83