一种激光分离加工光学晶体的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种激光分离加工光学晶体的装置，先在光学晶体的凸凹不平表面上沿激光分离加工的轨迹进行简单粗磨擦抛光，将表层的水解雾化层和杂质清除干净，形成了一条宽度大于激光入射光斑直径的透明轨迹；再将相同光学晶体材料的饱和溶液均匀涂抹到擦拭过的光学晶体表面，将光学晶体表面凸凹不平填平；最后采用激光沿着光学晶体饱和溶液的轨迹进行扫描分离加工。装置包括激光加工系统和涂液系统，激光聚焦装置、涂液装置、擦拭装置、抛光装置和打磨装置沿X轴方向依次安装在直线移动机构上。可获得无碎裂、分离精度高、分离加工口陡峭、分离面平滑切割且分离质量高的光学晶体薄片，并能有效抑制激光温度过高而导致的负面效应。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光加工应用
，具体涉及激光分离加工透明光学晶体的ー种装置，该方法尤其适合于未经专业抛光过的光学晶体坯件。
技术介绍
透明的光学晶体，如磷酸盐类的KDP、DKDP,磷酸钛氧钾(KTP)，三硼酸锂LiB305 (LBO)，还有 LiNb03 (LN)、KNb03 (KN)、磷酸ニ氢钾(KDP)、磷酸ニ氢胺、BaTi03 和Gd(Mo04)3等晶体长期以来一直被认为是很好的电光材料，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，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。尤其是KDP及DKDP —直是最早备受重视的功能晶体，透过波段为178nm 1.45μπι，属于负光性单轴晶，其非线性光学系数常作为标准与其他晶体比较。KDP晶体不但可以实现ニ、三、四倍倍频及染料激光实现倍频而且它还可以制造Q开 关。特别是特大功率激光在受控热核反应、核爆模拟的应用方而，大尺寸KDP是惟一已经采用的倍频材料，其转换效率高达80%以上。虽有新材料出现，但特大晶体的综合性能，仍以KDP为最优。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。但是由于单晶生长慢，成本很高，KDP具有各向异性、质软、脆性高、易潮解、对加エ温度敏感，内部应カ大、易开裂，在大尺寸KDP光学晶体坯体分离加工方面，仍然是ー个较大的瓶颈。目前我国的光学晶体分离方法主要是采用机械方法——油冷锯条切割方法，这种切割方法存在切割加工时产生震动和热效应，使得光学晶体在机械加工时极易发生碎裂；光学晶体分离尺寸精度较差；切ロ较宽且有大量碎渣污染晶体表面；割分离方位受光学晶体自身各项异性的影响等问题，导致切割成功率较低。采用激光对透明光学晶体进行热分离加工具有非接触、无振动、无机械应カ的优点，但是直接利用激光对光学晶体进行分离加工，尤其是表面凸凹不平的光学晶体加工会带来以下问题I、直接利用激光聚焦到透明光学晶体表面或内部进行分离加工时，由于有些透明光学晶体(如KDP晶体)易潮解而影响激光透过率，导致晶体吸收激光能量的均匀性极差。此外，光学晶体的入射面凸凹不平也会严重影响入射到光学晶体的激光传输方向。因此激光分离加工前必须对待加工的光学晶体经过高精度抛光平整，以满足高的激光透过率、均匀性和方向一致性的要求。但对具有各向异性、质软、脆性高光学晶体进行高精度抛光平整不但程序繁琐、复杂和耗时耗エ，而且抛光平整过程中极易发生碎裂，并且分离加工之后还要再进行一次抛光，无疑增加了光学晶体的加工难度。2、激光热分离加工透明光学晶体所产生的细缝会因空气进入而使光学晶体折射率发生变化，弓I起激光束传输方向改变，不但耗散了激光能量造成分离深度变浅而且被折射的激光能量被光学晶体吸收而造成光学晶体炸裂，导致分离加工方向失控而毁坏。3、激光热分离加工透明光学晶体时产生的热量会是分离ロ端面材料温度过高而改变其光学晶体的光学性能，并且也会导致端面粗造度増加。
技术实现思路
针对光学晶体在激光分离加工过程中存在的以上问题，本专利技术提供了一种激光分离加工光学晶体的装置，本专利技术无需对光学晶体表面进行高精度抛光平整处理的条件下，就能进行有效的激光分离加工，并在分离加工光学晶体过程中不会改变光学晶体折射率和分离ロ材料的光学性能，因而可获得无碎裂、分离精度高、分离加工ロ陡峭、分离面平滑且分离质量高的光学晶体薄片，井能有效抑制激光温度过高而导致的负面效应。本专利技术提供的ー种激光分 离加工光学晶体的装置，包括激光聚焦装置和直线移动机构，其特征在于，该装置还包括涂液系统，涂液系统包括打磨装置、抛光装置、擦拭装置和涂液装置，涂液装置用于在激光分离加工光学晶体表面涂相同光学晶体材料的饱和溶液，以直线移动机构的移动方向为X轴方向，激光聚焦装置、涂液装置、擦拭装置、抛光装置和打磨装置沿X轴方向依次安装在直线移动机构上。本专利技术利用了饱和光学晶体溶液的折射率与光学晶体的折射率相接近的特点，弓丨导激光进入光学晶体内部进行分离加工，实现分离加工过程中无碎裂、分离精度高、分离加エロ陡峭，分离加工面平滑，井能有效抑制激光焦点处温度过高而导致的负面效应。具体而言，本专利技术具有以下优点I、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カ；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加工；4、待加工光学晶体无需高精度抛光，提高了分离加工效率；5、分离深度大，切面质量好、分离精度高，分离加工缝处无激光耗散，避免了由于激光耗散引起的晶体炸裂，提高了晶体分离加工安全性；6、不改变分离加工缝周围光学晶体的光学性能。7、可使激光分离加工所需的激光功率降低(可降低激光功率20%至30%)，分离面质量提高，分离速度増加，分离成功率显著上升。附图说明图I为涂液法激光分离加工光学晶体的原理示意图；图2为涂液法激光分离加工光学晶体装置示意图。具体实施方式本专利技术的工作原理是沿激光分离加工光学晶体的轨迹进行简单粗磨擦抛光，将表层的水解雾化层和杂质清除干净，形成了一条宽度大于激光入射光斑直径的透明轨迹。然后在透明轨迹上均匀涂抹ー层具有一定厚度的相同光学晶体材料的饱和溶液。该溶液在重力和表面张カ的作用下会在上表面形成较平整的平面。当激光垂直射入该平整透明溶液表层时，几乎无偏折地全部进入溶液内部并到达溶液下表面，即溶液和晶体交界面。由于饱和光学晶体的折射率与光学晶体材料本身折射率相近，并且入射角很小，根据下面菲涅尔公式可知I / · COSCX — n2 ■ COSB)(式中，r为反射系数，nl为溶液折射率，n2为晶体折射率，α为入射角，β为出射角)其反射系数几乎为零。所有的激光直接从饱和光学晶体溶液和光学晶体交界面径射入光学晶体材料之中。因此，所涂光学晶体饱和溶液起到了ー个过渡层的作用，其功能相当于 ー个高精度抛光平整的光学晶体表面，将入射激光束无偏析进入表面不平整的晶体材料内部，提高了激光利用效率，大幅度地降低了对晶体表面光滑平整度的要求。在激光对光学晶体材料进行分离加工的过程中，一旦晶体材料表面开始形成分离细缝，在重力的作用下，饱和溶液将会渗入细缝并将细缝填满，使折射率相近的溶液和晶体材料再次融为一体，消除因空气和光学晶体折射率不同而改变激光传输方向所引起的光强耗散，保持激光原方向继续向下传输，不断増加分离加工深度，并且分离加工的光学晶体时也不会由于细缝内壁之间的来回反射和折射造成晶体炸裂和分离方向的失控。由于光学晶体在水中的溶解度随着温度的上升而急剧增加，导致激光焦点处的溶液对待加工的光学晶体具有很强的侵蚀能力。在激光分离加工本身和溶液侵蚀的双重作用下，分离加工速度显著提高，分离加工面比用激光直接加工平整得多，并且激光焦点处的溶液对待加工晶体分离加工ロ端面具有冷却作用，较好的保护了分离缝处晶体材料的原有光学性能。下面通过借助实施例更加详细地说明本专利技术，但以下实施例仅是说明性的，本专利技术的保护范围并不受这些实施例的限制。如图I所示，本专利技术采用涂液法激光分离加工光学晶体其流程为I、在光学晶体I的凸凹不平表面2上沿激光分离加工的轨迹进行简单粗磨擦抛光，将表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光分离加工光学晶体的装置，包括激光聚焦装置和直线移动机构，其特征在于，该装置还包括涂液系统，涂液系统包括打磨装置、抛光装置、擦拭装置和涂液装置，涂液装置用于在激光分离加工光学晶体表面涂相同光学晶体材料的饱和溶液，以直线移动机构的移动方向为X轴方向，激光聚焦装置、涂液装置、擦拭装置、抛光装置和打磨装置沿X轴方向依次安装在直线移动机构上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段军，邓磊敏，曾晓雁，蒋明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：