CN101803130A - 制造带有被动q开关的固体激光器的方法 - Google Patents
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Abstract
建议一种用于制造带有被接合的被动Q开关(46)的激光主动的固体(44)的方法，该方法特别适合于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，尤其是用于内燃机的所谓的激光点火装置的激光装置中。
背景技术
在激光点火装置的情况下，火花塞通过点火激光器代替，该点火激光器可以将聚焦的激光脉冲发射到内燃机的燃烧室中。在激光束的焦点(所谓的燃点)中，存在大到使得位于那里的燃烧气体-空气混合物被点燃的能量密度。
由于用于车辆的内燃机非常大规模地被制造，所以对激光点火装置的经济的制造有重大意义。
发明内容
本发明所基于的任务是提供一种用于制造带有被动Q开关(Gueteschaltung)的固体激光器的方法，该方法允许经济地制造较大件数的固体激光器。
根据本发明，该任务在如下方法的情况下被解决，其中平面平行的第一晶片板由激光主动的(laseraktive)材料制造，随后由适合作为被动Q开关的材料制造平面平行的第二晶片板，第一晶片板和第二晶片板被接合成晶片块。然后，晶片块在两个端面上被涂有谐振镜(Resonatorspiegel)。随后，借助线锯将晶片块分离成多个被动调Q(guetegeschaltet)固体激光器。
根据本发明的方法的优点在于：固体激光器和被动Q开关不是单独地被接合或被连接，而是分别将第一晶片板和第二晶片板接合或连接。从由此构成的晶片块中现在可以锯割出多个带有被动Q开关的激光主动的固体，使得由于明显地减少了接合过程的数目而已经得到经济性的极大提高。
此外设置的是，将晶片块分离成多个带有被动Q开关的激光主动的固体，其方式是采用线锯。这种线锯包括“无限长的”线或者“无限长的”绞线，使得通过滚筒被引导和被驱动。借助线或绞线实施所需的分离过程。
为了提高线或绞线的分离作用，绞线可以被镶有金刚砂或者工业金刚石的小碎片。可替选地也可能的是，在线到达切割部位之前将该线引导穿过泥浆，其中在泥浆中存在磨料或切割料、如碳化硅和/或金刚石碎片。泥浆粘附在线上或在绞线上并且由此到达切割缝隙中。在那里，包含在泥浆中的切割料有助于有效且快速地将晶片块分离成多个带有被动Q开关的激光主动的固体。
为了实现在第一晶片板与第二晶片板之间的尽可能高质量的连接，第一晶片板和第二晶片板的接触面在接合之前被清洁所有脏物。这优选地可以利用硫酸和过氧化氢构成的混合物来执行。
接着，第一晶片板和第二晶片板的接触面可以在接合之前被刻蚀并且此后例如利用稀释过的PH值为1的硫酸来进行亲水化。接触面例如可以通过等离子体辅助的干刻蚀方法(等离子体刻蚀)来清洁。
在需要时，在不同的清洁步骤之间，至少所述的、第一晶片板和第二晶片板的接触面在接合之前用超纯的水被冲洗至少一次。
所有过程在需要时可以在提高的温度的情况下被执行，用于强化清洁或刻蚀。
接合本身在第一晶片板和第二晶片板中在轻的压力下被彼此挤压并且接着在例如1100℃的温度的情况下被加热一段时间。由此，第一晶片板和第二晶片板的分子进行扩散，并且得到两个晶片板的紧密连接，而不会在第一晶片板和第二晶片板之间构造光学边界层。接合可以持续直至48小时。
当多个线锯同时被并排布置来使得通过两个切割(即在X轴方向上的切割和在Y轴方向上的第二切割)可以将晶片块分离或拆开成多个带有被动Q开关的激光主动的固体时，可以进一步提高根据本发明的方法的经济性。
当多个晶片块相叠地堆叠并且该堆叠利用一个或者更多线锯被分割时，可以进一步提高分离过程的经济性。为了保护事先经过气相淀积的镜层，进一步推荐的是通过保护层(诸如自粘合的保护膜)来保护晶片块的端面主要是防止机械损伤。此外，保护膜实现了粘结被部分锯开的晶片块，这明显使操作变得容易。
附图说明
本发明的其它优点和有利的扩展方案可从以下的附图、其说明和权利要求书得知。所有在附图、其说明和权利要求书中所描述的和公开的特征不仅单独地而且彼此任意组合地都是本发明的本质。
在附图中：
图1a示出了具有基于激光的点火装置的内燃机的示意图；
图1b示出了图1中的点火装置的示意图；
图2示出了按照根据本发明的方法制造的具有被动Q开关46的激光主动的固体44；以及
图3至5示出了根据本发明的方法的不同的加工阶段。
具体实施方式
内燃机在图1a中整体上拥有附图标记10。该内燃机可以用于驱动未示出的车辆；可替选地，该内燃机10自然也可以静止不动地被采用。该内燃机10包括多个气缸，其中仅仅一个气缸在图1中被标有附图标记12。气缸12的燃烧室14通过活塞16形成边界。燃料直接通过喷射器18到达燃烧室14中，该喷射器18被连接到也称为轨(Rail)的燃料蓄压器20上。
喷入燃烧室14中的燃料22借助激光脉冲24被点燃，该激光脉冲24由包括点火激光器26的点火装置27被发射到燃烧室14中。对此，点火激光器26通过光导体装置28被馈给泵浦光，该泵浦光由泵浦光源30来提供。泵浦光源30由控制设备32控制，该控制设备32也驱动喷射器18。
如由图1b表明的那样，泵浦光源30对用于不同的点火激光器26的多个光导体装置28进行馈送，这些不同的点火激光器26分别被分配给内燃机10的气缸12。对此，泵浦光源30具有多个单独的激光光源34，这些激光光源34与脉冲电流供电装置36相连。通过存在多个单独的激光光源340似乎实现了将泵浦光“静止地”分布到不同的点火激光器26上，使得在泵浦光源30和点火激光器26之间无需光学分配器等等。
点火激光器26例如具有带有被动Q开关46的激光主动的固体44，该被动Q开关46与耦合输入镜(Einkoppelspiegel)42和耦合输出镜(Auskoppelspiegel)48一起构成光学谐振器。在加载有由泵浦光源30产生的泵浦光的情况下，点火激光器26以本身公知的方式产生激光脉冲24，该激光脉冲24通过聚焦光学系统52被聚焦到位于燃烧室14(图1a)中的燃点ZP上。在点火激光器26的壳体38中存在的部件通过燃烧室窗58与燃烧室14分离。
在图2中，按照根据本发明的方法制造的具有被动Q开关46的激光主动的固体44以立方形式被示出。在图2中，耦合输入镜42(参见图1b)是不可见的。在激光主动的固体44与被动Q开关46之间的边界通过线60来表明。通过线60表明的边界面在其光学特性方面应尽可能少地损害通过被动Q开关46的耦合输出镜48产生的激光脉冲发射。
在图3中，第一晶片板62和第二晶片板64以侧视图被示出。第一晶片板62由激光主动的材料构成，而由第二晶片板64构成被动Q开关46(参见图2)。第一晶片板62和第二晶片板64的接触面用附图标记66和68来标出。
在接触面66和68上，第一晶片板62和第二晶片板64彼此接合。为此需要的是，接触面66和68首先非常平并且没有任何脏物。这通过不同的清洁步骤、刻蚀和亲水化(Hydrophilieren)来实现，如结合权利要求2ff已在说明书导言中详细地阐述的那样。
如果接触面66和68已被相对应地预备，则第一晶片板62和第二晶片板64被摞起来并且彼此挤压。通过接下来的可以持续直至五十个小时的(例如在1100℃的情况下)热处理，第一晶片板62和第二晶片板64在其接触面66和68上经扩散而被连接。由此形成的晶片块在图4中配备有附图标记70。
接着，晶片块70的端面被涂有耦合输入镜42和耦合输出镜48。通过晶片块70在分割成不同的激光主动的固体44之前被涂层，得到了极大的生产率提高。
在图5中以俯视图示出了按照根据本发明的方法制造的晶片块70。同时，绘制了切割线72和74。与X轴平行走向的切割线部分地被配备有附图标记72，而在Y轴方向上走向的切割线部分地被配备有附图标记74。
现在为了将晶片块70尽可能经济地分开成多个带有被接合的被动Q开关46的激光主动的固体44，晶片块70通过多个彼此平行布置的线锯(未示出)利用在X轴方向上的第一切割被分割成多个条。接着，这些条通过第二切割利用多个彼此平行布置的线锯在Y轴方向上被拆开成在图2中所示的带有被接合的被动Q开关46的激光主动的固体44。
不仅在一个线锯的情况下而且在多个彼此平行布置的线锯的情况下，线锯都已被证明为是极其经济的。结果，通过根据本发明的方法实现了生产率的极大提高并且由此实现了制造成本的极大降低。
Claims (14)
1.一种用于制造被动调Q固体激光器的方法，其特征在于以下方法步骤：
由激光主动的材料制造平面平行的第一晶片板(62)，
由适合作为被动Q开关的材料制造平面平行的第二晶片板(64)，
将第一晶片板(62)和第二晶片板(64)接合成晶片块(70)，以及
借助线锯将晶片块(70)分离成多个被动调Q固体激光器(44，46)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一晶片板(62)和第二晶片板(64)的接触面(66，68)在接合之前被清洁、尤其是利用硫酸(H2SO4)和过氧化氢(H2O2)构成的混合物被清洁。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一晶片板(62)和第二晶片板(64)的接触面(66，68)在接合之前被刻蚀。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，第一晶片板(62)和第二晶片板(64)的接触面(66，68)在接合之前用稀释过的硫酸(H2SO4)、尤其是PH值为1的硫酸来处理，尤其是进行亲水化。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，第一晶片板(62)和第二晶片板(64)的接触面(66，68)在接合之前用超纯的水冲洗至少一次。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，晶片块(70)的第一端面被涂有耦合输入镜(42)。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，晶片块(70)的第二端面被涂有耦合输出镜(48)。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多个被接合的晶片块(70)相叠地堆叠，并且晶片块(70)随后被分离成多个固体激光器(44，46)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，晶片块(70)的第一端面和/或第二端面在彼此堆叠之前通过保护层、尤其是通过自粘合的膜而被保护。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，晶片块(70)或者相叠地堆叠的晶片块(70)通过多个彼此平行布置的线锯来分离。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，线锯的锯割线以金刚石、尤其是金刚砂作为切割料来工作。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，线锯的锯割线以碳化硅作为切割料来工作。
13.根据权利要求11或12之一所述的方法，其特征在于，线锯的锯割线在切割之前被拉着通过泥浆，并且该泥浆包含切割料、优选地包含粉末形式的切割料。
14.根据权利要求10或11之一所述的方法，其特征在于，线锯的锯割线被涂有切割料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100811 |