RU2798690C1 - Установка для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора - Google Patents
Установка для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798690C1 RU2798690C1 RU2023103524A RU2023103524A RU2798690C1 RU 2798690 C1 RU2798690 C1 RU 2798690C1 RU 2023103524 A RU2023103524 A RU 2023103524A RU 2023103524 A RU2023103524 A RU 2023103524A RU 2798690 C1 RU2798690 C1 RU 2798690C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polishing
- machine
- optical microresonator
- optical
- suspension
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области фотоники, а именно к процессу изготовления высокодобротных оптических микрорезонаторов. Установка для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора содержит шпиндель с закрепленной заготовкой и системой подачи суспензии. Причем имеется станок с консольной частью, в шпинделе которого закреплен держатель, где установлен оптический микрорезонатор, при этом станок оснащен полирующим цилиндром, зафиксированным при помощи груза, прикрепленного к консольной части станка и подключенного к плате управления, причем полирующий цилиндр подводится к полируемой поверхности оптического микрорезонатора, при этом подача суспензии осуществляется при помощи блока подвода с тонкой трубкой, размещенного в передней части станка. Технический результат - автоматизация процесса полировки и получение микрорезонаторов со среднеквадратичной шероховатостью поверхности ~0,7 нм и высокой добротностью - порядка 109. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области фотоники, а именно к процессу изготовления высокодобротных оптических микрорезонаторов.
Шероховатость поверхности микрорезонаторов с модами типа шепчущей галереи является одним из определяющих параметров для достижения высокой добротности (более 109). Для обеспечения оптимизации процесса производства микрорезонаторов необходимо решение задачи обеспечения равномерной высокоточной полировки поверхности микрорезонатора.
Существуют установки для полировки цилиндров из монокристаллического кремния [CN106002623A, опубл. 12.10.2016, CN205799243U, опубл. 14.12.2016 и CN107139075A, опубл. 08.09.2017] использующие шлифовальный круг. Указанные установки позволяют обеспечить гладкую поверхность радиусом от 40 до 50 мм при помощи алмазной суспензии. Кроме того, алмазный абразив успешно применяется для полировки дисковых микрорезонаторов на основе ниобата лития [Simons M. T. Whispering-gallery mode resonators for nonlinear and quantum optical applications. PhD diss. 2014], а качество получаемой поверхности обеспечивает оптическую добротность порядка 108.
Общим недостатком этих установок является необходимость постоянного вмешательства оператора, недостаточная степень автоматизации, и ограниченный ресурс работы, обусловленный требованием замены алмазной суспензии, что увеличивает трудоёмкость изготовления, ограничивает качество получаемой поверхности и не позволяет использовать их для высокоточной полировки микрорезонаторов.
Также известна установка для полировки цилиндрических поверхностей [CN102652049A, опубл. 29.08.2012]. В данной установке используются несколько вращающихся полировальных щеток, кончики которых соприкасаются с поверхностью полируемой заготовки, обеспечивая таким образом полировку. Полировальные щетки непрерывно покрывают поверхность заготовки вдоль её образующей, что обеспечивает полировку всей поверхности. Для ещё большего уменьшения неровностей в полировке используются абразивные зёрна, а сама полировка производится в автоматическом режиме.
Однако, эта установка не подходит для высокоточной полировки микрорезонаторов: хотя часть процесса и автоматизирована, но в процессе работы невозможна замена абразива, что ограничивает минимально достижимую шероховатость поверхности.
Известны установки для полировки поверхностей со сложным профилем, являющиеся наиболее близкими к решению проблемы высокоточной полировки микрорезонаторов [SU1013224A1, опубл. 23.04.1983 и JPS5937036A, опубл. 29.02.1984]. Общим для этих работ является применение полировальных вращающихся дисков, контактирующих со всей боковой поверхностью заготовки и позволяющих получить равномерную полировку поверхности. Однако, представленные установки обладают общим недостатком: отсутствие автоматизации процесса и невозможность использования необходимых абразивов для достижения необходимой шероховатости поверхности микрорезонатора.
Известна автоматизированная установка для полировки сложных поверхностей [CN105643399B опубл. 26.06.2018] с применением руки-робота и программного управления. Хотя установка позволяет получить однородную поверхность за счет полировки в несколько этапов, у нее имеются недостатки: высокая стоимость, необходимость начальной калибровки и высококвалифицированного оператора, что затрудняет её применение в промышленных масштабах.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является [Coillet A. et al. Microwave photonics systems based on whispering-gallery-mode resonators // JoVE - 2013. - №. 78. - С. e50423]. Данная установка работает в полуавтоматическом режиме, позволяет обрабатывать микрорезонаторы из кристаллов MgF2 и CaF2 при помощи полировочной ткани и абразивных порошков. Такой подход позволяет получить качество поверхности, обеспечивающее требуемую добротность (более 109), что в свою очередь позволяет получить низкий порог по мощности накачки для реализации нелинейных процессов, таких, например, как генерация оптической частотной гребенки.
Основные недостатки такой установки заключаются в длительности процедуры обработки каждым из абразивов (от 2 до 4 часов), в необходимости визуального контроля качества обрабатываемой поверхности и ручной замены абразива.
Целью изобретения является устранение недостатков известных способов обработки поверхности и создание простой в изготовлении и использовании полностью автоматизированной установки для полировки поверхности микрорезонаторов с высокой степенью воспроизводимости и повторяемости параметров изготавливаемых микрорезонаторов.
Технический результат заключается в автоматизации процесса полировки и получении микрорезонаторов со среднеквадратичной шероховатостью поверхности ~0,7 нм и высокой добротностью - порядка 109.
Технический результат достигается тем, что имеется станок с консольной частью, в шпинделе которого закреплен держатель, где установлен оптический микрорезонатор, при этом станок оснащен полирующим цилиндром, зафиксированным при помощи груза, прикрепленного к консольной части станка и подключенного к плате управления, причем полирующий цилиндр подводится к полируемой поверхности оптического микрорезонатора, при этом подача суспензии осуществляется при помощи блока подвода с тонкой трубкой, размещенного в передней части станка, кроме того, блок подвода может быть выполнен в виде катетера, свободный конец которого помещен в резервуар с суспензией, а тонкая трубка представляет собой медицинскую иглу.
Сущность изобретения поясняется чертежом:
на фиг. 1 общий вид установки для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора.
На чертеже обозначены:
1 - станок;
2 - шпиндель;
3 - держатель;
4 - оптический микрорезонатор;
5 - консольная часть станка;
6 - коробка передач;
7 - полирующий цилиндр;
8 - плата управления;
9 - груз;
10 - блок подвода;
11 - тонкая трубка.
Установка монтируется на корпусе прецизионного низкоскоростного отрезного станка 1 Allied TechCut 4, в шпинделе 2 которого закреплен держатель 3 для оптического микрорезонатора 4. Держатель 3 предпочтительно образован корпусом, подвижной губкой и поджимающим ее упругим элементом. В консольной части 5 станка 1 закреплена коробка передач 6 полирующего цилиндра 7, который с помощью рычагов и микроподачи подводится перпендикулярно к полируемой поверхности оптического микрорезонатора 4, а также подключен к плате управления 8, позволяющей регулировать скорость вращения полирующего цилиндра 7 с оборотами 400 об/мин. Груз 9, крепящийся к консольной части 5 станка 1, служит для фиксации полирующего цилиндра 7 на поверхности полируемого оптического микрорезонатора 4 и обеспечивают силу давления F = 20 Н. В процессе полировки полирующий цилиндр 7 полностью покрывает поверхность оптического микрорезонатора 4, что обеспечивает его равномерную полировку и высокое качество получаемой поверхности. Подача суспензии осуществляется с помощью блока подвода 10, размещенного в передней части станка 1. На блоке подвода 10 закреплена тонкая трубка 11 для непосредственной подачи суспензии к поверхности оптического микрорезонатора 4 и полирующего цилиндра 7. В качестве суспензии для полировки используется химико-механическая взвесь. Полировка происходит в течение примерно 30 минут абразивными частицами размером порядка 60 нм в зависимости от требуемого качества поверхности. Блок подвода 10 позволяет заменять абразивную суспензию в процессе обработки поверхности при необходимости. Для упрощения конструкции такой блок подвода 10 может быть выполнен в виде катетера, свободный конец которого помещен в резервуар с раствором абразивной суспензии, а тонкая трубка 11 представляет собой медицинскую иглу.
Предлагаемая установка работает следующим образом. Требующий обработки оптический микрорезонатор 4 очищается. Очистка может происходит при помощи безворсовых салфеток. Салфетку смачивают метанолом класса чистоты не ниже, чем особо чистый для эксперимента для хроматографии, после чего оценивают качество поверхности оптического микрорезонатора 4 по всему периметру с помощью оптического микроскопа. Затем оптический микрорезонатор 4 устанавливается в держателе 3 шпинделя 2 станка 1. Полирующий цилиндр 7 подводится к полируемой поверхности оптического микрорезонатора 4 и фиксируется на ней при помощи груза 9. Включается плата управления 8 с шагом 0,1 об/мин, запускающая работу полирующего цилиндра 7, и производится черновая обработка полируемой поверхности оптического микрорезонатора 4. Достигаемая таким образом шероховатость полируемой поверхности оптического микрорезонатора 4 составляет ~0,7 нм, что обеспечивает добротность порядка 109, а время, затрачиваемое на обработку одного оптического микрорезонатора 4, составляет 30 минут.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить качество производимых микрорезонаторов за счет автоматизации процесса полировки, обеспечивающего высокую повторяемость и воспроизводимость качества поверхности, не требует замены полирующего цилиндра, обеспечивает возможность замены суспензии, способствует уменьшению вклада ошибок оператора, сокращает время обработки поверхности, повышает производительность и безопасность производства микрорезонаторов.
Claims (2)
1. Установка для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора, содержащая шпиндель с закрепленной заготовкой и системой подачи суспензии, отличающаяся тем, что имеется станок с консольной частью, в шпинделе которого закреплен держатель, где установлен оптический микрорезонатор, при этом станок оснащен полирующим цилиндром, зафиксированным при помощи груза, прикрепленного к консольной части станка и подключенного к плате управления, причем полирующий цилиндр подводится к полируемой поверхности оптического микрорезонатора, при этом подача суспензии осуществляется при помощи блока подвода с тонкой трубкой, размещенного в передней части станка.
2. Установка для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора по п. 1, отличающаяся тем, что блок подвода может быть выполнен в виде катетера, свободный конец которого помещен в резервуар с суспензией, а тонкая трубка представляет собой медицинскую иглу.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2798690C1 true RU2798690C1 (ru) | 2023-06-23 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU164819A1 (ru) * | есЕсс ПАТЕНТ | Автоматический станок для полирования и шлифования цилиндрических изделий | ||
SU1013224A1 (ru) * | 1981-10-13 | 1983-04-23 | Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского | Устройство дл полировани криволинейных поверхностей |
SU1315263A1 (ru) * | 1985-10-08 | 1987-06-07 | Предприятие П/Я М-5120 | Устройство дл полировани цилиндрических заготовок |
JP2008071463A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Hoya Corp | 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法および磁気ディスクの製造方法 |
CN108356608A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种确定性抛光Wolter-I型光学芯轴的方法 |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU164819A1 (ru) * | есЕсс ПАТЕНТ | Автоматический станок для полирования и шлифования цилиндрических изделий | ||
SU1013224A1 (ru) * | 1981-10-13 | 1983-04-23 | Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского | Устройство дл полировани криволинейных поверхностей |
SU1315263A1 (ru) * | 1985-10-08 | 1987-06-07 | Предприятие П/Я М-5120 | Устройство дл полировани цилиндрических заготовок |
JP2008071463A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Hoya Corp | 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法および磁気ディスクの製造方法 |
CN108356608A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种确定性抛光Wolter-I型光学芯轴的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Coillet A. et al. "Microwave photonics systems based on whispering-gallery-mode resonators" // JoVE - 2013. -. 78. - С. e50423. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100567981B1 (ko) | 연마용 숫돌 및 그 숫돌을 사용한 기판의 연마방법 | |
KR20010108423A (ko) | 연마패드의 재생을 위한 장치 및 방법 | |
RU2798690C1 (ru) | Установка для автоматизированной полировки боковой поверхности сфероидального оптического микрорезонатора | |
JP2006095677A (ja) | 研磨方法 | |
US5032238A (en) | Method of and apparatus for electropolishing and grinding | |
JPH0839410A (ja) | レンズ研摩方法と装置 | |
JPH1133886A (ja) | ガラスディスク内周研磨装置およびガラスディスク内周研磨方法 | |
CN114932500B (zh) | 一种研抛一体装置及其运行方法 | |
JP2003205445A (ja) | 端面研磨方法 | |
CN211193496U (zh) | 一种化学机械抛光机的抛光压力分区控制装置 | |
CN209774273U (zh) | 一种d型光纤传感器包层侧抛研磨装置 | |
CN219293619U (zh) | 一种能够进行多面加工的精抛机 | |
CN112372508A (zh) | 一种修整边缘抛光垫的系统及方法 | |
CN218254592U (zh) | 端面磨cbn砂轮整修装置 | |
JP4122800B2 (ja) | 半導体ウェーハの研磨方法 | |
CN216327566U (zh) | 一种带有工件回转支撑装置的抛光机 | |
WO2019002591A1 (en) | APPLICATION DEVICE AND METHOD FOR CLEANING GRINDING SURFACES IN A MACHINE FOR GRINDING OPHTHALMIC LENSES | |
JPH07100737A (ja) | 半導体ウエーハの研磨方法 | |
JP7168113B1 (ja) | ウェーハの両面研磨方法 | |
CN216940014U (zh) | 一种抛光机用金刚砂磨盘装置 | |
JP3448311B2 (ja) | マシニングセンタの制御方法および制御装置 | |
JPS63109969A (ja) | 光フアイバの端面成形研磨方法 | |
JPS6427846A (en) | Polishing method for lens and its device | |
CN118386141A (en) | Dressing wheel for polishing pad and dressing method thereof | |
Yamasaka et al. | Improvement of straightness in precision cut-off grinding using thin diamond wheels |