CS252646B1

CS252646B1 - A method of precision machining of planar surfaces of single crystals with a garnet structure

Info

Publication number: CS252646B1
Application number: CS864754A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Masek; Zdenek Nejedlo
Original assignee: Vaclav Masek; Zdenek Nejedlo
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1987-09-17
Also published as: CS475486A1

Abstract

Způsob přesného opracování rovinných ploch monokrystalů s granátovou strukturou umožňující hromadné opracováni monokrystalů mosaikových i bez mosaiky nebo monokrystalů s různou nebo kolísavou koncentrací příměsí či různými nebo kolísavými fyzikálními vlastnostmi ve vysoké přesnosti zejména dodržení rovinnosti, vzájemné rovnoběžnosti čelních ploch a úhlu těchto ploch s geometrickou osou výrobku, čehož se dosáhne tím, že tyto plochy se opracují společně s plochami příložek, s nimiž jsou opracovávané monokrystaly spojeny pevně v přípravku tak, že geometrické středy opracovávaných ploch monokrystalů leží s přesností +5 mm na kružnici nebo kružnicích soustředných s kružnicí nebo kružnicemi, na kterých leží se stejnou přesností geometrické středy opracovávaných příložek, přičemž jako příložky jsou použity části monokrystalu s dvoj lomem 3 až 15 nm/cm téže struktury jako opracovávané monokrystalyA method of precise machining of planar surfaces of single crystals with a garnet structure, enabling mass machining of mosaic and non-mosaic single crystals or single crystals with different or fluctuating impurity concentrations or different or fluctuating physical properties with high precision, in particular maintaining flatness, mutual parallelism of the front surfaces and the angle of these surfaces with the geometric axis of the product, which is achieved by machining these surfaces together with the surfaces of the inserts, with which the processed single crystals are firmly connected in the fixture, so that the geometric centers of the processed single crystal surfaces lie with an accuracy of +5 mm on a circle or circles concentric with the circle or circles on which the geometric centers of the processed inserts lie with the same accuracy, whereby parts of the single crystal with a birefringence of 3 to 15 nm/cm of the same structure as the processed single crystals are used as inserts

Description

Vynález se týká způsobu přesného opracování rovinných ploch monokrystalů s granátovou strukturou, umožňující hromadné opracování monokrystalů s mírně kolísajícími fyzikálními vlastnostmi.The invention relates to a method for the precision treatment of planar surfaces of single crystals with a garnet structure, allowing the bulk processing of single crystals with slightly varying physical properties.

Na přesnost opracování výrobků z monokrystalů, které jsou určeny pro použití v optice jsou kladeny všeobecně vysoké požadavky a zvláště to platí o těch součástkách, které jsou díly optických rezonátorů, jako jsou například laserové tyče. Při jednotlivém opracování takových součástek se přesnost opracování, tj. dodržení rovinnosti, vzájemné rovnoběžnosti čelních ploch a úhlu těchto ploch s geometrickou osou součástky kontroluje během broušení a leštění a podle potřeby se koriguje.Generally, high demands are placed on the precision machining of single-crystal products intended for use in optics, and in particular those components which are parts of optical resonators, such as laser bars. In the individual machining of such components, the machining accuracy, i.e., maintaining the flatness, the parallelism of the faces and the angle of the faces with the geometric axis of the workpiece, is checked during grinding and polishing and is corrected as necessary.

Při hromadném opracováni, kdy je v přípravky pevně spojeno několik monokrystalů, případně je použito příložek z téhož materiálu pro zvětšeni celkové opracovávané plochy se uvedený jednoduchý způsob kontroly a korekce opracování neosvědčuje, protože po rozdělení opracovávaného celku na jednotlivé prvky se velmi často zjištují menší nepřesnosti jejich opracováni než tomu bylo před jejich rozdělením. V některých případech již před rozdělením v přípravku, se zjištují závažné odchylky od rovinnosti, které hromadným opracováváním nelze korigovat. Tyto nedostatky jsou v mnoha případech působeny kolísáním fyzikálních vlastností monokrystalů.In the case of mass processing, when several single crystals are fixed in the fixtures, or if the inserts made of the same material are used to increase the total surface area, this simple method of checking and correcting the machining does not prove useful. worked than it was before they were split. In some cases, even before distribution in the preparation, significant deviations from flatness are found which cannot be corrected by mass machining. These deficiencies are in many cases caused by fluctuations in the physical properties of the single crystals.

Tyto obtíže lze odstraniťzpůsobem přesného opracování rovinných ploch monokrystalů s granátovou strukturou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tyto plochy se opracovávají společně s plochami příložek, s nimiž jsou opracovávané monokrystaly spojeny v přípravku pevně tak, že geometrické středy opracovávaných ploch monokrystalů leží s přesností -5 mm na kružnici nebo kružnicích soustředných s kružnicí nebo kružnicemi, na kterých leží se stejnou přesností geometrické středy opracovávaných příložek, přičemž jako příložky jsou použity části monokrystalu s dvojlomem 3 až 15 nm/cm, téže struktury, jako opracovávané monokrystaly.These problems can be overcome by the precise processing of the planar surfaces of the single crystal with the garnet structure according to the invention, characterized in that these surfaces are worked together with the surfaces of the shims with which the treated single crystals are firmly connected in the formulation. accuracy of -5 mm on a circle or circles concentric with a circle or circles on which the geometric centers of the machined plates lie equally precisely, using single crystal portions with a birefringence of 3 to 15 nm / cm, the same structure as the treated single crystals.

Příložky definované pomocí dvojlomu jsou v praxi u monokrystalů granátové struktury monokrystaly obsahující jemné mosaikové bloky a dislokace zcela nahodile orientované, což zaručuje jejich stejnoměrnou, nekolísavou opracovatelnost, tj. hmota při opracováni vždy stejnoměrně ubývá v celé opracovávané ploše. Tyto příznivé vlastnosti se pak přenášejí i na plochu sousedního monokrystalu, který budto z důvodů technické dostupnosti suroviny nebo požadovaných konečných vlastností jemné strukturní poruchy nemá.In practice, single-crystal shafts defined in garnet structure single crystals are single crystals containing fine mosaic blocks and dislocations completely randomly oriented, which ensures their uniform, non-fluctuating workability, i.e., the material always decreases uniformly throughout the work surface. These favorable properties are then transferred to the area of the neighboring single crystal, which, due to the technical availability of the raw material or the desired final properties, does not have a fine structural defect.

Způsobem podle vynálezu lze hromadně opracovávat rovinné plochy monokrystalů mosaikových i bez mosaiky nebo monokrystalů s různou nebo kolísavou koncentrací příměsí a různými nebo kolísavými fyzikálními vlastnostmi a to v požadované vysoké přesnosti.By the method according to the invention, the planar surfaces of mosaic monocrystals can also be mass-treated even without mosaics or monocrystals with different or fluctuating admixtures concentration and different or fluctuating physical properties in the required high precision.

PřikladlHe did

V přípravku válcového tvaru z litiny o průměru 80 mm a výšce 40 mm byly na kružnicích o průměru 30, 45 a 60 mm se středy na těchto kružnicích, rovnoběžně s osou válcového přípravku vyvrtány otvory. Na nejmenší kružnici bylo vyvrtáno 6, na prostřední 12 a na největší 18 otvorů. Do 12 otvorů na střední kružnici byly zatmeleny laserové tyče z yttritohlinitého granátu aktivovaného ionty neodymu, prosté mosaiky a krystalonomických facet a proto bez dvojlomu, které měly průměr 5 mm a délku 50 mm. Do otvorů na okrajových kružnicích byly zatmeleny tzv. slepé tyče, avšak s mosaikovou strukturou, které vykazovaly dvojlom 8 až 25 nm/cm a sloužily jako příložky. Dvojlom byl zjištěn měřením pomocí Lénarmontova kompenzátoru s využitím polarizovaného světla He-Ne laseru.In a cylindrical jig of cast iron with a diameter of 80 mm and a height of 40 mm, holes were drilled on circles 30, 45 and 60 mm with centers on these circles, parallel to the axis of the cylindrical jig. 6 were drilled in the smallest circle, 12 in the middle and 18 in the largest. Laser bars of neodymium-activated yttrium-aluminum garnet, free of mosaics and crystallographic facets and therefore without birefringence, were 5 mm in diameter and 50 mm in length into 12 holes on the central circle. The so-called blind bars were sealed into the holes on the peripheral circles, but with a mosaic structure, which exhibited a birefringence of 8 to 25 nm / cm and served as shims. Birefringence was detected by Lénarmont compensator using polarized He-Ne laser light.

Po opracováni a proměření v uvedeném přípravku vykazovaly všechny tyče rovinnost pod 1/10 světla sodíkové výbojky, klínovitost čelních ploch do 10 úhlových vteřin, která se po vytmelení tyčí z uvedeného přípravku jeho nahřátim nezměnila. Jestliže však tyče v otvorech na nejmenší a největší kružnici byly stejně jako tyče v otvorech na střední kružnici bez dvojlomu, činily odchylky rovinnosti měřené v přípravku až 1/3 sodíkového světla a klínivost po vytmeleni až 28 úhlových vteřin.After processing and measurement in the formulation, all bars showed a flatness below 1/10 of the sodium lamp light, a wedge of the face within 10 arc seconds, which did not change after heating the bars from the composition. However, if the bars in the openings on the smallest and largest circle were the same as the bars in the openings on the central circle without birefringence, the flatness deviations measured in the formulation were up to 1/3 of sodium light and the wedge after bonding was 28 arc seconds.

Přiklad 2Example 2

Na základě kovového válcového přípravku o průměru 100 mm a výšce 60 mm byly souose s osou válce vyznačeny kružnice o průměru 55 a 60 mm. Na každé z nich bylo vyznačeno 12 bodů s úhlovou roztečí 30° a to tak, že body na vnější a vnitřní kružnici byly vzájemně pootočeny o 15° kolem osy válcového přípravku. V těchto bodech byly souose s osou přípravku vyvrtány otvory o průměrů 6,1 mm, do kterých byly zatmeleny laserové tyče z yttritohlinitého granátu o průměru 6 mm a délce 71 mm, a to tak, že na obou koncích byly vyznačeny cca 3 mni délky a poté byly na základny přípravku vně a uvnitř kruhů tvořených laserovými tyčemi přitmeleny příložky o síle 3 mm přibližně čtvercového tvaru 8x8 mm tak, že středy příložek vně kruhů ležely s přesností -3 mm na kružnici o průměru 82 mm a středy příložek uvnitř kruhů s toutéž přesností na kružnici o průměrů 33 mm. Vnějších příložek bylo 24 kusů, vnitřních 10 kusů. Přiložky byly z monokrystalu yttritohlinitého granátu bez příměsi neodymu a vykazovaly dvoj lom 10 až 24 nm/cm. Po skončeném leštění a vytmeleni vykazovaly laserové tyče klínovitost 8 až 11 úhlových vteřin přesto, že jejich složení s ohledem na obsah neodymu (0,8 hmot. % vztaženo na yttrium) bylo odlišné od složení příložek.On the basis of a metal cylindrical jig with a diameter of 100 mm and a height of 60 mm, circles with a diameter of 55 and 60 mm were coaxial with the axis of the cylinder. On each of them 12 points were marked with an angular pitch of 30 ° so that the points on the outer and inner circle were rotated by 15 ° relative to the axis of the cylindrical jig. At these points, 6.1 mm diameter holes were drilled in alignment with the axis of the fixture into which the 6 mm diameter and 71 mm long Yttrium-aluminum garnet laser bars were sealed, indicating about 3 mni of length at both ends, and then, 3 mm thick, approximately 8x8 mm square washers were bonded to the base of the jig outside and inside the laser bar circles so that the centers of the flaps outside the circles were accurate to -3 mm on a circle of 82 mm diameter and the centers of the flaps inside the circles with the same accuracy on a 33 mm diameter circle. The outer inserts were 24 pieces, the inner 10 pieces. The attachments were of single yttrium-aluminum garnet single crystal without neodymium and exhibited a birefringence of 10 to 24 nm / cm. After finishing polishing and bonding, the laser bars showed a wedge of 8 to 11 arc seconds, although their composition with respect to the neodymium content (0.8 wt.% Based on yttrium) was different from that of the pads.

Claims

Method for precision processing of planar surfaces of single crystals with garnet structure, characterized in that these surfaces are worked together with surfaces of shims with which the treated single crystals are fixed in the fixture so that the geometric centers of the treated surfaces of single crystals lie within ± 5 mm on circles or circles concentric with a circle or circles on which the geometric centers of the treated plates lie with the same precision, using single crystal portions with a birefringence of 3 to 15 nm / cm of the same structure as the treated single crystals.