CN105731831B - 激光玻璃低温键合包边方法 - Google Patents

Abstract

一种采用增透膜作为无机粘剂的激光玻璃低温键合包边方法，采用激光玻璃和掺Cu²⁺的包边玻璃，激光玻璃的侧面和包边玻璃侧面均研磨抛光，并清洁。在激光玻璃和包边玻璃的侧面各镀一层有增透性质的薄膜，此薄膜的折射率介于激光玻璃和包边玻璃的折射率之间。将激光玻璃和包边玻璃的镀膜面采用低温键合方式牢固地结合起来。本发明方法一方面避免了包边工艺中采用包边胶所带来的胶层老化，易脱落等问题，另一方面降低了侧面加工带来的缺陷散射。

Description

激光玻璃低温键合包边方法

技术领域

本发明涉及激光玻璃，特别是一种激光玻璃的低温键合包边方法。更详细地说是一种片状激光玻璃的低温键合包边方法。

背景技术

激光玻璃是万焦耳级激光装置中常用的增益介质，其能量转换特性直接影响装置的增益能力。随着通光口径的不断增大，放大自发辐射(ASE)和寄生振荡(PO)对增益均匀性的影响越来越显著。为了抑制ASE和PO，对激光玻璃的侧面采用了包边工艺。

已有的包边工艺有烧结包边，如美国专利3885974，液体包边，如“Parasiticsuppression in large aperture disk lasers employing liquid edge claddings”，聚合物包边，如美国专利4849036，中国专利CN10197679A等，镀膜包边，如美国专利005335287A等。烧结包边工艺复杂，易引入大量的气泡，影响ASE的抑制。液体包边需要配置折射率匹配液，对液体要求较高，折射率匹配溶液和玻璃之间可以实现均匀接触，折射率易调整，易于进行包边实验，但需要一个大容器来存放包边溶液。镀膜包边是在增益介质表面镀一层折射率匹配的薄膜，减少内部反射达到抑制ASE和PO的作用，主要适用于高平均功率激光装置而且需要添加冷却装置。聚合物包边是目前常用在万焦耳级激光装置中的包边方式，即采用有机黏胶如环氧树脂胶将激光玻璃和含Cu²⁺的包边玻璃牢固地粘贴起来，包边胶满足折射率匹配，这种包边方式易于操作可靠性较好，但是由于采用了有机粘剂，导致胶层在强氙灯辐照下易老化，易脱落，耐候性较差。

氢氧化物催化键合已经广泛应用于太空光学系统中，如“Hydroxide-catalysisbonding for stable optical systemsfor space”等，其键合键合强度高，所需温度低，键合面如光胶一样均匀透明。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种激光玻璃低温键合包边方法，采用薄膜作为无机粘剂，具有折射率匹配好，粘接强度高，可靠性好，操作简单等优点，同时克服了包边胶的易老化等问题，可以有效地抑制ASE和PO，达到提高激光玻璃增益的目的。

本发明的解决方案如下：

一种激光玻璃的低温键合包边方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、选取折射率为n₁的激光玻璃和折射率为n₂的包边玻璃，满足n₁<n₂，且激光玻璃和包边玻璃的热膨胀系数相差较小。

步骤2、对激光玻璃的侧面和包边玻璃的侧面进行研磨抛光加工，并清洁。

步骤3、在激光玻璃和包边玻璃抛光面镀一层均匀的薄膜。对镀膜面进行清洗，增加表面活性。

步骤4、制备富含OH-的碱性键合溶液。将过滤后的键合溶液滴于激光玻璃的镀膜面，将包边玻璃的镀膜面和激光玻璃的镀膜面接触，并轻轻挤压。

步骤5、将工件放在室温下固化特定时间，之后进行退火处理，增加键合强度。

所述的包边玻璃和激光玻璃侧面加工需使加工后的表面面形优于λ/3，其中λ为以激光玻璃作为增益介质的激光运行波段。

所述的镀膜应在真空镀膜机中进行，其真空度小于10^-3Pa。

所述的薄膜为增透膜，设其折射率为n₃，满足n₁<n₃<n₂。

所述的镀膜面清洗为超精密清洗，可采用半导体清洗方式。

所述的键合应在洁净环境中进行，保证干净无尘。

所述的加热退火使用真空热处理炉，其真空度约为10^-3Pa以下。

本发明的技术效果：

本发明采用了增透膜作为无机粘剂，一方面能够避免包边胶在氙灯辐照下的易老化易脱落等问题，另一方面降低了侧面加工缺陷引入的散射，折射率匹配好，粘接强度高，耐候性较好，满足抑制放大自发辐射和寄生振荡的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明采用的低温键合包边方法流程图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参阅图1，图2。如图所示，一种采用增透膜作为无机粘剂的激光玻璃低温键合包边方法的具体实施例。

本发明的激光玻璃低温键合包边方法包括以下步骤：

步骤1、选取激光玻璃1，包边玻璃2，该包边玻璃2的热膨胀系数与激光玻璃1热膨胀系数差值小于2％，激光玻璃1，包边玻璃2在激光运行波段的折射率分别为n₁,n₂，满足n₁<n₂。如N31型钕玻璃和包边玻璃在1053nm波段折射率分别1.528，1.536。激光玻璃1和包边玻璃2在30℃～300℃的热膨胀系数a₂，a₁匹配，例如a₂＝118×10^-7，a₁的匹配范围为116～120×10^-7。激光玻璃和包边玻璃的热膨胀系数和气泡要求参见CN102875014A。

步骤2、所选取的激光玻璃1和包边玻璃2侧面进行研磨抛光，表面面形优于λ/3其中λ为以激光玻璃作为增益介质的激光运行波段。对激光玻璃和包边玻璃侧面进行清洗，去除表面的杂质颗粒和油脂，清洗液可以为丙酮，无水乙醇或者丙酮和乙醚的混合物。

步骤3、在真空度至少为10^-3Pa的真空镀膜机中，在激光玻璃和包边玻璃抛光面均镀上一层均匀的折射率为n₃的薄膜3作为无机粘剂，折射率满足n₁<n₃<n₂。采用半导体清洗方法对镀膜面进行清洗，增加表面活性。如使用异丙醇，H₂SO₄:K₂Cr₂O₇，NaOH对镀膜面3依次超声清洗。如清洗时间分别为10min，30min，5min。去离子水冲洗5min，使用氮气吹干。

步骤4、配置富含OH^-的键合溶液，如2％的NaOH水溶液，在洁净无尘的环境，如百级超净室中，将过滤后的键合溶液滴至激光玻璃的镀膜面，然后将包边玻璃的镀膜面和激光玻璃的镀膜面贴合起来，并用手轻轻挤压。

步骤5、将键合后的工件放置室温下静置一段时间如24h，之后放入真空热处理炉中加热至一定温度，如200℃，然后缓慢降至室温，加热过程和降温过程都应缓慢，比如升温速度为2℃/min降温速度为1℃/min。取出键合后的激光玻璃样品。

本发明提供的激光玻璃低温键合包边方法，所需的温度较低，有较好的键合质量，稳定牢固，相比聚合物包边寿命较长，能够满足抑制放大自发辐射和寄生振荡的需求。

Claims (2)

1.一种激光玻璃低温键合包边方法，其特征在于：

步骤1、选取折射率为n₁的激光玻璃和折射率为n₂的包边玻璃，满足n₁＜n₂，且激光玻璃和包边玻璃的热膨胀系数差值小于2％；

步骤2、对激光玻璃和包边玻璃的一侧面进行研磨抛光处理并清洁；

步骤3、在激光玻璃和包边玻璃的抛光面镀一层均匀的薄膜，并进行清洗；

步骤4、制备富含OH-的碱性键合溶液，并将过滤后的键合溶液滴至激光玻璃的镀膜面，将激光玻璃和包边玻璃的镀膜面接触，并轻轻挤压，实现键合；

步骤5、将键合后的玻璃放置室温静置，并进行固化退火处理。

2.根据权利要求1所述的键合包边方法，其特征在于所述的薄膜为折射率为n₃的增透膜，满足n₁＜n₃＜n₂。