CN1048184A - 多根板条激光晶体成盘加工工艺 - Google Patents

Abstract

多根YAG板条状激光介质成盘加工工艺，以 YAG晶体自身互为工件和模具，添加SiC磨料，在 研磨机上交换对磨的YAG板条的全反射面的成盘 加工和在立方块工模夹具上与相同材料对磨的 YAG端面的成盘加工，再将精磨后的板条清洁表面 后加金刚石微粉乳剂相互对磨抛光至所需几何尺寸 及精度。

本发明加工出的板条激光介质光学精度高、效率 高、比单件加工提高工效20倍以上，且成本低，实现 了研抛机械化，大大地减轻了劳动强度，且不受激光 材料、板条尺寸的限制，为实用化板条状固体激光器 提供了高质量低加工成本的工作物质。

Description

本发明涉及光学元器件制造技术，特别是固体激光介质的加工工艺。

新型板条状几何结构激光器因具有消除一级热聚焦、应力聚焦和退偏效应的显著优点，可克服传统棒状固体激光器所面临的一些严重困难而获得高平均输出功率和高光束质量，是固体激光器发展的一个重要方向，受到美国、西欧、日本和我国的重视，近年来发展十分迅速，尤其是当前大功率YAG板条激光器正在向千瓦级发展，所需板条的几何尺寸越来越大，质量要求越来越高。

众所周知，激光工作物质加工质量的好坏直接影响激光器的输出光束质量，但是，由于板条激光介质比传统圆柱形激光棒几何尺寸复杂，加工面多，抛光面大，且呈非圆形对称，精度和表面光洁度要求高，加上晶体材料坚硬（例如Nd∶YAG莫氏硬度为9-9.5），光学加工难度很大，虽然靠高级技工的熟练技巧，采用传统的手工研磨法是可以进行单件加工的，但是劳动强度大、效率低、加工费用昂贵，而且很难保证加工质量的完整性，成品率也低，此外，YAG晶体手工单件的传统精细研磨抛光工艺，都采用精修金属模具，还存在研抛速度慢，而且晶体与金属模具硬度相差大，经常破坏金属模具的平面性的缺点，为了保持最佳平面状态，需要耗费大量人力、物力修改模具，因此，以上加工方法在相当大程度上限制了板条固体激光器的发展和应用。

本发明的目是为了解决上述现有技术中板条激光介质加工所存在的缺点而提出一种工步少、效率高、成本低、加工质量高，并能保证达到多根成盘加工Nd∶YAG、Nd+Ce∶YAG板条的全反射面的平行度、平面度、端面角度及表面光洁度等多项技术指标要求的加工工艺。

本发明的目的是通过以下措施来达到的：将YAG晶体自身互为工件和模具，添加SiC磨料，在研磨机上上下交换对磨的多根YAG晶体板条全反射面的成盘加工和在立方块工模夹具上的YAG晶体板条端面成盘加工工艺，再将精磨后的YAG板条彻底清洁表面后加金刚石微粉乳剂相互对磨抛光至所要求的几何尺寸及精度，所精磨加工的YAG板条可以是Nd∶YAG板条，也可以是Nd+Ce∶YAG板条及Nd∶Glass等激光介质。

附图的图面说明如下：

图1是YAG板条几何形状图，其中1，2为板条的全反射面，3，4为板条端面，5，6为非光学绝热面。

图2是YAG板条锯齿形光路示意图，α为Brewster角，7为端面角θ。

图3是YAG板条平贴粘结成盘示意图，8为晶体板条，9为平贴模。

图4是YAG板条互为工件模具对磨抛光示意图，10为研磨抛光剂。

图5（a）是端面加工立方块工模夹具俯视图，11为不锈钢工模夹具，12为紧固压板，13为压板螺栓，14为顶针孔。

图5（b）是端面加工立方块工模夹具侧视图，15为圆形YAG垫片。

本发明下面结合附图及其实施例作进一步详细说明：本发明提出以YAG板条自身互为工件模具的工艺是上下晶体都是同一材料，硬度相同，互为模具面和工件面之间紧压，含有自由磨粒的研抛磨料，且在研磨机上以转速f1及f2作相对旋转运动和以摆速f3摆动，三种相对运动合成了极其复杂、均匀而又细密的运动轨迹，使上下晶体面各点等速磨削，相互均匀修改面形，因而易于达到所要求的平行度、平面度和表面光洁度，多根两盘同时上下加工，效率比单件手工加工提高20倍以上，实现了研抛机械化，减小了手工研磨劳动强度。

YAG板条全反射面1，2的成盘加工工艺是将粗切割成型的多根板条8以平贴模9为基准粘贴成盘，预先用平面铁模加SiC磨料整平后，将两支直径相同上盘的平行板条相互重叠，互作模具和工件，逐次由粗到细更换磨料，在研磨机上上下交换对磨到所需的几何尺寸，彻底清洁表面后再加金刚石微粉乳剂相互对磨至所需要求的平行度、平面度、光洁度，多根两盘一次同时加工，大大提高了效率，节省了费用。

YAG板条端面的成盘加工工艺是为了保证板条两端面3，4的平行度和夹角θ的精度要求，本发明根据侧面定位原理，设计一立方块工模夹具11，四面开斜槽，斜槽与底面夹角θ，将平行且与侧面垂直的四组（每组6条）二十四条晶体板条在光学接触的条件下，以斜槽侧面为基准用压板12紧固于工模夹具槽中，立方块未开槽底面的空隙处均匀粘结几块厚度相同的圆形YAG晶体薄片15，将成盘的立方块先在平面铁制模盘上整平后，与YAG板条全反射面的成盘加工工艺一样，以另一平面成盘整平的YAG晶体为模具，在研磨机上进行对磨抛光至所需角度尺寸及精度。

端面成盘加工的进一步要点是：采用立方块工模夹具11多根成盘加工晶体板条的端面，是将难度大的角度光学精加工转变成难度低的立方块精加工，可降低对操作人员的技艺要求，并可随时方便用自准直平行光管，从立方块顶端及四个侧面进行检测，控制加工精度，因此，既提高了工作效率，又保证了对加工精度的检测与控制，当对Nd+Ce：YAG板条和Nd：Glass进行研抛加工时，其加工工艺与Nd：YAG板条的加工工艺一样，均可达到技术指标要求。

经测试，采用本发明加工出的板条状激光介质的技术指标如下：（以尺寸12×4.5×118mm的Nd∶YAG板条为例）

1.全反射面的平行度＜1.5′，平面度可达0.4λ，局部误差为0.07λ，表面光洁度达Ⅱ级（“光学零件表面疵国家标准”GB  1185-74）左右。

2.端面的平行度＜1′，平面度可达0.1λ，端面角度θ^±30″，表面光洁度达Ⅰ级（“光学零件表面疵国家标准”GB 1185-74）左右。

这一加工精度已符合国内外对板条状激光介质的加工要求。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明将多根板条成盘成对同时加工，工量少、成本低、效率高，比手工单件加工提高工效20倍以上。

2.本发明加工的板条激光介质光学质量高，平行度、平面度、端面角度及表面光洁度均能达到所需加工精度。

3.由于采用机械化操作，大大地减轻了劳动强度。

4.不受激光材料的限制，例如对Nd：YAG，Nd+Ce：YAG和Nd：Glass等多种板条激光介质的加工均能达到所需要求的精度。

5.不受板条尺寸的限制，操作简便灵活，容易掌握，能直接在生产厂家推广应用。

Claims (4)

1、多根YAG晶体板条激光介质精细研磨抛光加工工艺，其特征在于以YAG晶体自身互为工件和模具，添加SiC磨料，在研磨机上上下交换对磨的多根YAG板条全反射面1，2的成盘加工和在立方块工磨夹具11上的多根YAG板条端面3、4的成盘加工，再将精磨过的YAG板条彻底清洁表面后加金刚石微粉乳剂相互对磨抛光至所要求的几何尺寸及精度。

2、根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于多根YAG板条全反射面1，2的成盘加工是将初切割成型的多根板条8以平贴模9为基准粘结成盘，预先用平铁模加SiC磨料整平后，将两只直径相同上盘的多根平行板条相互重叠，互为模具和工件，逐次由粗到细更换磨料，在研磨机上上下相互对磨到所需几何尺寸，彻底清洁表面后加金刚石微粉乳剂相互对磨抛光至所要求的平行度、平面度、表面光洁度等技术指标。

3、根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于多根YAG板条端面的成盘加工是先设计一不锈钢立方块工模夹具11，在立方块的工模夹具的四面开斜槽，斜槽与底面夹角θ，将平行且与侧面垂直的四组二十四条晶体板条在光学接触的条件下，以斜槽侧面为基准用压板12紧固于工模夹具槽中，立方块未开槽底面的空隙处均匀粘结几块厚度相同的圆形YAG晶体薄片15，将成盘的立方块先在平面铁制模盘上整平后与YAG板条全反射面的成盘加工工艺一样，以另一成盘整平的YAG晶体为模具，在研磨机上进行对磨抛光至所需角度尺寸及精度。

4、根据权利要求1所述的加工工艺，其特征是精磨加工的YAG板条可以是Nd∶YAG板条，也可以是Nd+Ce∶YAG板条，还可以是Nd∶Glass等激光介质。

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