无蜡上盘加工Nd_YAG激光晶体板条_徐斌
Nd：YAG激光晶体棒批量加工工艺研究
１” 并用平 面样 板 或 平 面 干 涉 仪 检 验平 面度 ， 面 ０， 平
度 为 ０ ２ Ｎ， 后 在 ６倍 放 大镜 、 ＯＷ 白炽 灯 下检 ． 然 ６ 验 光洁 度 ， 格后 即可下 盘 。 合
２ 试 验 结 果
Ｎｄ ＹＡＧ 激 光 晶体棒 批 量加 工 工 艺研 究 ：
徐 斌 ， 国 强 ， 武 应 王 皱
（ 都 东 骏 激 光有 限责 任 公 司 ， 成 四川 成 都 ６ １ ３ ） １ ６ ０
摘 要 ： 绍 了激 光棒批 量加 工技 术 ， 用本 技 术 一 次可 加 工激 光 棒 ６ 介 使 Ｏ支， 且 首 次采 用双 面 同时 并
本 试验 采 用 的试 验 设 备 为
双面研 磨 抛 光 机 ， 图 １所 示 ， 图 １ 双 面 研 抛 机 如 试 验采 用 的夹具 为 １ 孑 夹具 。 ０ Ｌ １ ２ 装夹及 研磨 ． 以 ５１ｍ×８ ｉ Ｔ ５ｍｍ 激光棒 加 工 ５ Ｏ支 为例 说 明 由表 １ 以看 出 ， 面抛 批量 加工 的激光 棒 ， 可 双 产
图 ２ 双 面抛 光
图 ３ 加 工 好 的 激 光 棒
一 ■
图 ４ 激 光棒 端 面 干涉 图
３ 结 语
１ ）双面 同时 批量 加 工 法 加 工激 光棒 ， 用时 省 ，
研磨 ３ｈ 抛 光 ７ ； ， ４８ｈ 批量 大 ， 次加 工 ３ ￣６ 一 ０ ０支
２１ ０ ０年 第 ５期 ・７ ・ １
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｈ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｏ ｓ ｒ Ｒｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｂａ ｃ ｏ ｅ ｓ ｎｇ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｆ Ｌａ ｅ ｄｓ
实现NdYAG光束匀滑的衍射光学器件的研制
第13卷 第2期强激光与粒子束V o l.13,N o.2 2001年3月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S M ar.,2001 文章编号: 1001—4322(2001)02—0181—05实现Nd:YAG光束匀滑的衍射光学器件的研制Ξ谭峭峰1, 袁 静2, 严瑛白1, 金国藩1, 徐端颐1(1.清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京100084;2.中国工程物理研究院高温高密度等离子体物理国家重点实验室,四川绵阳621900) 摘 要: 采用爬山2模拟退火混合优化算法与旋转镂空掩模板工艺,针对基频光与三倍频光,设计并加工出口径80mm的连续位相衍射光学器件。
在脉冲工作的N d:YA G激光器上,实验研究了器件的光束匀滑性能,获得了与设计尺寸相符合、边缘陡峭、但包含较大顶部调制的光斑。
初步验证了衍射光学器件在固体激光器光束匀滑上的应用可行性。
关键词: 光束匀滑; 衍射光学器件; 镂空掩模板; 混合优化算法 中图分类号: TN243 文献标识码: A 衍射光学器件是实现惯性约束聚变(I CF)靶面均匀照明的一种有希望的技术途径,自1994年以来,成为国际发展的主要趋势[1～4],美国劳伦斯2利弗莫尔国家实验室(LLNL)已在国家点火装置(N IF)研究中采用衍射光学器件,并从理论及实验上证明了衍射光学器件可获得好的靶场光束匀滑性能,已研制出口径≥400mm的衍射光学器件,其焦斑包络为12阶以上的超高斯分布[5]。
1998年国内曾研制出口径100mm的连续位相衍射光学器件,并在连续工作的LD激光器上获得了主瓣250Λm、边缘陡峭、小旁瓣、具有一定顶部均匀性(rm s约14%)、无中心锐脉冲的束匀滑焦斑[6,7]。
本文针对脉冲工作的N d: YA G固体激光器,研制衍射光学器件实现光束匀滑,实验结果可初步论证衍射光学器件在固体激光器光束匀滑上的应用可行性。
YbYAG激光晶体板条加工工艺研究
3 板条两个端面的加工 将板条侧面放在平板玻璃上用直角玻璃块体粘接，起到
固定作用，用光学瞬时胶粘住缝隙，并依次灌蜡。侧面的研磨 与大面的研磨步骤相类似。第一侧面在粗磨的过程中要保证侧 垂，面形用刀口尺检测无缝后，磨第二面，边磨边打等厚。打 等厚的位置是板条两端，找到最低点一端作为参考标准，做归 零处理，打另外一边。在保证面形的情况下，采用氨酯进行抛 光，抛至检测面形并小于2个波长，并保证侧垂度等要求后清卸 玻璃片和表面残存，用阳干漆或者树漆等保护胶在侧面均匀涂 一层，保护好板条。
引言
Y b : YA G 激 光 晶 体 是 近 红 外 波 段 综 合 性 能 优 良 的 激 光 晶 体，是固体激光器的核心工作物质。随着固体激光技术的快速 发展和对减小激光束热透镜效应和热光畸变效应的迫切需求， 激光晶体元件的形状从棒状发展到板条状结构[1-3]。目前晶体元 件尺寸得到了较大的突破，但是大尺寸晶体板条元件对光学加 工要求非常的严格，板条的元件的加工精度直接影响到激光器 的输出光束质量，而各种加工缺陷将造成晶体内部激光损耗， 降低元件的损伤能力[4]。
2 板条大面研磨
板条尺寸为35mm*8mm*150mm，将板条平行居中的黏结 在直径为250mm的平板玻璃上，板条与板条之间留有一定的 距离，将平板玻璃放在加热盘上进行板条预热，板条温度达 到60℃左右时，将熔化的石蜡刷在板条缝上。在板条降温的过 程中，蜡慢慢渗透进板条，达到固定和保护板条的作用。将整 个平板玻璃和板条放在单轴机上进行研磨。先采用W180碳化 硼砂或者碳化硅沙进行磨平处理，同时采用刀口尺进行在线测 量板条大面的平整度，刀口尺与大面之间无缝隙后，依次采用 W40、W25、W14碳化硼砂进行大面抛光，逐级减小碳化硼砂 的粒径，有助于提高抛光面的平整度，减少划痕、沙眼，麻 点。每换一次不同粒径的碳化硼砂，都需要将板条、平板玻璃 上的沙子清洗干净，避免不同粒径沙子混在一起，引起抛光面 产生新的划痕。面形与厚度达到要求后，用酒精、丙酮清洗残 留碳化硼砂，换成聚氨酯盘继续抛光至表面无麻点，无划痕。 大面面型可以采用沥青盘修正，直到面型修至1个波长；另一个 大面重复以上步骤研磨到目标厚度尺寸，再抛光至两面平行度 优于5″，平面度优于1个波长。抛光完毕后用用酒精、丙酮、 汽油等擦除表面残存松香蜡和瞬时胶，用阳干漆或者树漆等保 护胶在大面上均匀涂一层，已达到保护作用。
全固态单模Nd_YAG激光器输出特性优化的实验研究
第 2期
2007 年 4月
激 光 技 术 LASER TECHNOLOGY
Vo. l 31, N o . 2 A pr i, l 2007
文章编号 :
1001 3806( 2007) 02 0144 03
全固态单模 Nd YAG 激光器输出特性优化的实验研究
李斌成 ( 中国科学院 光电技 术研究所 , 成都 610209) 摘要 : 为了实现高功率全固 态激光器的高输出光束质量 , 使用 1mm 直径 N d YAG 激光棒和单 一二极管激 光模块侧 面抽运的简单激光腔设 计来实现功率高于 10W、 光束质量接 近衍射极 限的 T EM 00 模输 出。通过 使用小口 径激光 棒抑制 高阶横模振荡、 曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜 的曲率半径、 负透镜的焦距以及激 光腔腔长 等结构参数使激光器输出功率和 光束圆率同时 达到 最大 , 实现 了平 均功率 10. 8 W、 脉 冲宽度 15ns 、 光斑 圆率 98. 8% 0. 8 %、 M 2 值为 1 . 1 的近衍射极限光束输出。结果表明 , 通过使用小口径激光 棒提高激光器输出光束质量工程上可行。 关键词 : 激光器 ; 光束质量 ; 激光腔设 计 ; 激光二极管侧面抽运 中图分类号 : TN 248 . 1 文献标识码 : A
因此本设计不适合激光器工作在khz之下采用1mm直径激光棒抑制高阶横模振荡和单一二极管激光模块侧面抽运的简单结构通过使用曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应实现了功率高10w光束质量接近衍射极限的tem00模光束输出在此设计的基础上对高于10w的输出光束进一步放1064nm的光束实现了二倍频和三倍频单横模输出532nm355nm波长的输出功率在无放大级时分别达到了5w达到了15w10w光斑圆率优于90gowerindustriaapplicationlaseicromachticsexpress20005667
一种光学薄片器件上盘方法[发明专利]
![一种光学薄片器件上盘方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e25571e4844769eae109ed6a.png)
专利名称：一种光学薄片器件上盘方法专利类型：发明专利
发明人：徐斌
申请号：CN201711272985.3
申请日：20171206
公开号：CN108068007A
公开日：
20180525
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种光学薄片器件上盘方法，通过使用平面度误差较小的毛玻璃平板作为光学薄片器件上盘前的基准,使固定后的多件光学薄片器件的上表面在一个平面上，克服了光学薄片器件表面高低不平问题，减少了后续研磨加工的时间和难度。
并且，由于固定后的多件光学薄片器件的上表面在一个平面上，省去了由于多个光学薄片器件上表面高低不平所增加的光学薄片器件的毛坯厚度，节约了原材料成本。
同时，本方法使用了低熔点热熔胶降低了光学薄片器件的热应力和粘接材料的收缩力，减少了光学薄片器件在加工下盘后的形变，提高了加工质量和产品合格率。
申请人：江苏师范大学
地址：221116 江苏省徐州市铜山区上海路101号物电学院
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：楼高潮
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全固态高功率准连续板条激光器
第 44 卷第 4 期2023年 4 月Vol.44 No.4Apr., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE全固态高功率准连续板条激光器张兴虎1，涂玮1，2，陈柏众1，邹跃1，2，丁小康1，牟学峰1，许昌1，2*（1. 同方中科超光科技有限公司，北京 102200； 2. 中国科学院理化技术研究所，北京 100190）摘要：报道了一种高功率准连续运转的全固态Nd∶YAG激光器。
采用Nd∶YAG晶体板条作为增益介质，平凹腔型作为振荡腔，激光沿Zigzag光路在板条内传播。
当抽运功率为9 kW时，振荡可获得平均功率为3 420 W 的激光输出，重复频率为1 kHz，激光脉宽为80 μs，单脉冲能量为3.42 J，经过校正后的光束质量β为4.1倍衍射极限。
关键词：激光器；准连续激光器；高功率； Nd∶YAG中图分类号：TN248.1 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20220352High Power Quasi-continuous-wave Solid-state SlabZHANG Xinghu1， TU Wei1，2， CHEN Baizhong1， ZOU Yue1，2，DING Xiaokang1， MOU Xuefeng1， XU Chang1，2*（1. Tongfang Zhongke Chaoguang Technology Co.， Ltd， Beijing 102200， China；2. Technical Institute of Physics and Chemistry， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China）* Corresponding Author， E-mail： xuchang@Abstract：An all-solid-state quasi-continuous-wave（QCW） Nd∶YAG slab laser with a high power was demonstrat‑ed. A Nd∶YAG slab crystal is adopted for gain medium， a plane-concave cavity is set up， and the laser beam travels along a Zigzag path in the slab. An average output power of 3 420 W is obtained at a pump power of 9 kW， corre‑sponding to a repetition rate of 1 kHz. The pulse width is 80 μs with a pulse energy of 3.42 J， and the laser beam quality with AO system β is 4.1 times of the diffraction limit.Key words：lasers； quasi-continuous lasers； high power； Nd∶YAG1 引 言高功率准连续全固态激光器[1-2]可广泛应用于先进制造、激光医疗、前沿科学、国家安全等领域[3-6]。
ZnGeP2晶体近红外吸收特性的研究
ZnGeP2晶体近红外吸收特性的研究夏士兴;杨春晖;朱崇强;马天慧;王猛;雷作涛;徐斌【摘要】采用布里奇曼法生长了磷化锗锌晶体,品体毛坯尺寸达Ф20mm×90mm,选取品体尾部、品体中部、籽品端三个部位厚度为4.0mm的抛光品片作为测试样品.从实验和理论上研究与分析了晶体的近红外吸收特性.实验结果显示:晶体透过率由尾部至近籽晶端逐渐增大,表明品体近红外吸收由尾部至近籽晶端逐渐减小,这是由于晶体内缺陷密度发生了改变,且晶体内本征点缺陷分布比例不均衡,进而导致晶体的近红外吸收产生差异.理论上计算了磷化锗锌晶体施主缺陷Ge+Zn和受主缺陷V-Zn的吸收光谱.计算结果表明:受主缺陷V-Zn对磷化锗锌晶体吸收光谱产生的影响大于施丰缺陷Ge+Zn.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2010(025)010【总页数】5页(P1029-1033)【关键词】磷化锗锌;近红外吸收;缺陷密度;施主缺陷;受主缺陷【作者】夏士兴;杨春晖;朱崇强;马天慧;王猛;雷作涛;徐斌【作者单位】哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,化工学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】O782磷化锗锌(ZnGeP2, 简称 ZGP)晶体是重要的黄铜矿类红外非线性光学材料, 该材料在光谱学、大气遥感、医疗、环保及军事等诸多领域有重要的应用价值和前景[1-2]. ZnGeP2晶体的非线性系数d36达到75 pm/V, 是KDP(KH2PO4)晶体d36=0.40 pm/V的180倍; 透光范围0.7～12μm, 在1.0和2.0μm的吸收系数分别低于 0.1和0.05cm−1, 使晶体在很宽的波长范围内都能够实现相位匹配, CO2激光器、Nd:YAG(Nd:Y3Al5O12)激光器、Ti宝石(Ti:Al2O3)激光器以及Ho:Tm:LYF(Ho:Tm:YLiF4)激光器等均可作为其泵浦源; 热导率0.35W/(cm·K), 热透镜效应低, 不易造成晶体和光学元件的损伤; 光损伤阈值达到30GW/cm2; 显微硬度980kg/mm2, 具有很高的机械加工性能[3-4]. 由于 ZnGeP2晶体优异的性能,利用它作为光参量振荡(OPO)、光参量放大(OPA)、混频(FM)和二次谐波(SHG)等的非线性光学介质材料实现频率转换, 且可实现激光器的全固态化、多波段可调谐和大功率输出, 具有工作稳定可靠、体积小、重量轻、便于携带等优点[5-8]. 但该晶体在近红外 1～2μm 处由于本征点缺陷引起光吸收和光散射, 使晶体在近中红外区透过率降低[9-11], 从而使该晶体的应用受到不同程度的限制.近年来, 随着美、俄和我国等各国科研工作者的不懈努力, 通过改善晶体的生长工艺、热退火处理、电子束处理以及γ射线辐照等工艺来消除晶体的本征点缺陷, 进而有效地减小了晶体在近红外处的吸收[12-15].本文采用布里奇曼法生长了 ZnGeP2晶体. 实验选取<001>籽晶为晶体生长的晶种, 温度梯度为6～15℃/cm, 生长速率为1～3mm/h, 升、降温速度为50℃/h.实验取靠近晶体尾部、中部、籽晶端三个部位,厚度 d=4.0mm的抛光晶片作为测试样品. 利用Perkin Elmer型号Lambda900的UV/VIS/NIR Spectromete测试了晶片的透过率. 利用荷兰飞利浦型号 FEI Siyion 扫描电镜 (SEM) 分析了ZnGeP2晶片表面形貌, 实验将ZnGeP2抛光晶片在V(HCl) :V(HNO3)=1:1的混合溶液中刻蚀10～30s后, 用去离子水冲净烘干, 作为测试样品. 利用上海彼爱姆型号 XSP-3CA光学显微镜观察晶片表面形貌, 实验取厚度为1.0mm的ZnGeP2抛光晶片作为测试样品.基于密度泛函理论的第一性原理对理想 ZnGeP2晶体的吸收光谱进行了计算和分析, 解释了该晶体吸收光谱的成因.2.1 ZnGeP2单晶体图 1为垂直布里奇曼法生长的 ZnGeP2单晶体照片. 晶体毛坯尺寸达φ20mm×90mm, 从图中可以看到晶体表面光洁, 质量完整, 且无宏观缺陷. 断裂截面显明亮的金属光泽, 晶体结晶性好, 单晶定向仪检测晶体晶面取向为(004), 说明多晶原料与籽晶接熔完好.2.2 晶体近红外透过谱图 2为晶体三个部位的透过率测试谱图. 其中1#样品为靠近晶体尾部抛光晶片, 2#样品为靠近晶体中部抛光晶片, 3#样品为靠近籽晶端抛光晶片.测试结果显示: 在近红外区1#、2#、3#样品的透过率随波长增加而增大, 在2.05μm 处三块样品的透过率分别为24.66%、26.29%、45.35%. 检测1#、2#、3#样品的缺陷密度分别为4.8×103/cm2、3.5×103/cm2、1.2×102/cm2. 透过率由 1#样品至 3#样品逐渐增大, 说明晶体的近红外吸收由尾部至近籽晶端逐渐减小.2.3 晶体中二相物图 3为刻蚀晶片的 SEM 照片. 图 3(a)为放大100倍的晶体刻蚀照片, 从图中可以看到如圆圈内所示的倾斜于试样表面的数个刻蚀腐蚀坑. 图 3(b)为放大2000倍的刻蚀腐蚀坑SEM照片, 从图中可以看到与试样表面出现的位错头相符的影像尖端. 照片中腐蚀坑的形成作者认为是 ZnGeP2晶体中二相物包裹体在刻蚀后形成的, 晶体中二相物包裹体的来源主要有以下两个方面. 一方面, 当熔融的 ZnGeP2结晶时, 处于熔体中的 ZnGeP2存在着如下式所示的化学平衡[16]:晶体结晶后, 化学平衡右侧的分解产物都可能形成包裹体沉积在晶体中.另一方面, 用于生长ZnGeP2晶体的多晶原料中可能含有Zn3P2、ZnP2、GeP、Ge等杂质, 其中Zn3P2熔点为1139℃, ZnP2的熔点为1040℃, GeP相转变点740℃, Ge熔点为937℃. 结晶前ZnGeP2熔体同Zn3P2、ZnP2、GeP、Ge等二相物形成共熔体, 在晶体结晶时, 这些二相物就以包裹体形式存在ZnGeP2晶体中. 图4为ZnGeP2抛光晶片的光学显微图片, 从图中可以看到, 晶体中存在不透明的有序斑点, 这应该是晶体中二相夹杂物形成的影像.2.4 晶体吸收光谱的理论计算计算工作采用MS3.1软件中的CASTEP[17]软件包完成. 采用基于密度泛函理论的第一性原理对理想 ZnGeP2晶体的吸收光谱进行了计算和分析, 解释了该晶体吸收光谱的成因.2.4.1 理论模型的建立理想 ZnGeP2晶体是四方黄铜矿类结构, 属于空间群, 对称性, 晶格常数a=b=0.5465nm, c=1.0771nm, α=β=γ=90°. 其中 c/a 为1.971, 和简单四方的闪锌矿结构相比, 结构有 2%的变形. Zn−P键长为0.2378nm, Ge−P键长为0.2332nm[18]. 以此实验晶格参数为基础建立理想ZnGeP2晶体结构模型.建立 ZnGeP2晶体的结构模型后对其结构进行几何优化, 采用BFGS算法, 计算精度为Ultra-fine,交换关联势采用局域密度近似, 平面波截断能量为350eV, 根据Monkhorst-Pack算法, 在第一布里渊区内产生的k-point网格为5×5×2, 产生的k-point数为6个, 计算在倒易空间上进行. 自洽过程结束时, 各个原子上的能量、平均力、平均应力偏差和位移偏差分别低于5.0e−6eV/atom、0.1eV/nm、0.02GPa和0.5e−4nm.理想 ZnGeP2晶体的理论模型、体心受主缺陷的ZnGeP2晶体的理论模型、体心施主缺陷的ZnGeP2晶体的理论模型如图5所示.2.4.2 晶体吸收光谱及分析根据建立的理想和缺陷 ZnGeP2晶体的理论模型, 采用基于密度泛函理论的第一性原理对理想和缺陷ZnGeP2晶体的吸收光谱进行了计算.计算得到的 ZnGeP2晶体的吸收光谱如图 6所示. 其中曲线A为理想ZnGeP2晶体的吸收光谱, 曲线 B为施主缺陷 Ge的 ZnGeP2晶体的吸收光谱,曲线C为受主缺陷的ZnGeP2晶体的吸收光谱.由曲线 A可以看出, 理想 ZnGeP2晶体吸收波带的范围在1.1～17.3eV之间, 在6.5eV处出现强吸收峰, 这与理想ZnGeP2晶体的本征吸收有关.通过观察曲线B并同曲线A进行比较后得出:曲线 B强吸收峰的峰位置在 7.1eV, 这与理想ZnGeP2晶体的情况基本上一致(6.5eV), 说明了强吸收峰主要是由电子从Zn3d轨道跃迁到P3p轨道产生的, 但是位置有轻微的改变, 原因可能是Zn位置被Ge占据, 造成Zn原子的轨道数和电子数减少,从而使电子跃迁所需要的能量增大. 此外, 该吸收峰的峰强有明显的增加, 这是由于缺陷的存在,而产生了电子从价带跃迁到缺陷以及从缺陷跃迁到导带的吸收.通过观察曲线C并同曲线A进行比较后得出:其中在7.0eV处的吸收峰与理想ZnGeP2晶体的情况基本上一致(6.5eV), 说明了该吸收峰仍然主要是由电子从Zn3d轨道跃迁到P3p轨道产生的, 但是吸收峰的峰位置有轻微的改变, 原因可能是由于产生了Zn空位, 造成 Zn原子的轨道数和电子数减少, 从而使电子跃迁所需要的能量增大. 此外, 该吸收峰的峰强有明显的增加, 这是由于缺陷的存在,而产生了电子从价带跃迁到缺陷以及从缺陷跃迁到导带的吸收. 曲线C与理想ZnGeP2晶体的吸收光谱相比, 吸收光谱多了一个吸收峰, 而且吸收峰的峰位置较低, 这是由于缺陷本身内电子从基态跃迁到激发态而产生的.曲线B与曲线C的吸收光谱相比, 曲线B的吸收光谱没有出现另一个吸收峰, 这是因为该吸收峰主要是由受主缺陷本身产生的, 而施主缺陷却没有此影响, 由此也可以看出,对晶体吸收光谱的影响要大于.2.5 晶体红外吸收特性本文分析了 ZnGeP2晶体近红外处吸收的主要因素是ZnGeP2晶体中二相物和本征点缺陷. ZnGeP2是三元半导体化合物, 高温下该化合物易发生分解.晶体结晶生长时, 这些分解产物便以二相物形式夹杂于晶体中形成包裹体, 同样 ZnGeP2多晶原料中的杂质也会形成包裹体夹杂于晶体中. 这些夹杂于晶体中的二相物常常处于晶体的应变空位上, 应变空位上二相夹杂物易使晶体的晶格发生扭曲, 加大了晶体的内应力, 影响晶体的透光性, 进而加大了ZnGeP2晶体的近红外吸收.目前, 研究 ZnGeP2晶体缺陷发现其含有三种施主缺陷和一种受主缺陷[19-25]. 三种施主缺陷分别是、和, 一种受主缺陷是, 四种本征点缺陷可能同时存在于晶体中. ZnGeP2晶体中,施主或受主本征点缺陷的存在对晶体近红外吸收有较大影响. 在晶体生长过程中, 由于固液界面本体浓度的不均衡, 本征点缺陷在晶体中分布比例也会发生变化, 理论分析得出受主缺陷对 ZnGeP2晶体近红外吸收的影响大于施主缺陷.通过实验和理论计算分析了 ZnGeP2晶体近红外吸收特性, 认为晶体中二相物和本征点缺陷共同影响晶体的缺陷密度, 缺陷密度的变化和晶体本征点缺陷比例分布使同一晶体不同部位的近红外吸收产生差异, 晶体近红外吸收趋势由近籽晶端至晶体尾部逐渐增大, 且受主缺陷对 ZnGeP2晶体近红外吸收的影响大于施主缺陷的影响. 此外, ZnGeP2晶体组分偏析、晶体表面抛光质量等都会对晶体的近红外吸收产生较大影响.【相关文献】[1] Hopkins F K. Nonlinear materials extend the range of high-power lasers. Laser Focus World. 1995, 31(7): 87−93.[2] 董春明, 王善朋, 陶绪堂. 中红外非线性光学晶体研究进展. 人工晶体学报, 2006, 35 (4):785−789.[3] Lind M D, Grant R W. Structural dependence of birefringence in the chalcopyrite structure. refinement of the structural parameters of ZnGeP2and ZnSiAs2. Journal of Chemical Physics, 1973, 58(1):357−362.[4] Schunemann P G, Zawilski K T, Pollak T M. Horizontal gradient freeze growth of AgGaGeS4and AgGaGe5Se12. Journal of Crystal Growth, 2006, 287(2): 248−251.[5] Zawilski Kevin T, Schunemann Peter G, Scott D Setzler, et al.Advances in Single Crystal ZnGeP2Processing for High Energy Applications. IEEE Xplore, 2008, 1−2.[6] 王克强, 韩隆, 王建军, 等. 3-5 μm 固体激光器. 红外与激光工程, 2006, 35: 169−173.[7] Yao Baoquan, Ju Youlun, Wang Yuezhu, et al. Performance evaluation ofZnGeP2optical parametric oscillator pumped by a Q-switched Tm, Ho:GdVO4laser. Chinese Optics Letters, 2008,6(1): 68−70.[8] 王平, 柴金华. 中红外磷锗锌光参量振荡器的参量对比与分析.激光与红外, 2009, 2(39):123−127.[9] Tsveybak I, Rudorman W, Wood G, et al. Native defect related optical properties of ZnGeP2. Applied Physics Letters, 1994,65(22): 2759−2761.[10] Jiang X S, Miao M S, Lambrecht W R L. Theoretical study of the phosphorus vacancy in ZnGeP2. 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松香蜡的凝固作用, 因此上盘前和上盘后零件内部
应力状况是不同的。上盘前零件摆在加热板上, 零
件的重力和垫板的支撑力相互平衡, 可以认为零件
绿色生产的要求越来越高, 也将进一步促进干式切 削技术的发展, 干式切削刀具将越有前途, 在制造领 域将得到更为广泛的应用。
参考文献
[ 1] 吴克忠, 陈永洁, 朱丹丹. 干式切削 及其刀具 技术[ J] . 硬 质合金, 2005( 3) : 47- 50. [ 2] 王长春. 干式切 削刀 具技 术及应 用[ J] . 煤矿 机械, 2007工艺技术与材料研究 2010 年 第 7 期
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1 试验
1. 1 激光板条加工存在的问题 薄形光学零件一般厚度与长度( 或直径) 比大于
1 B15, 在加工过程中通常会出现由于胶结拉力、温 度变化及其他外力影响而引起零件表面面型变化, 达不到设计的面型精度要求, 本次加工的激光板条 长厚比达到 1 B35 以上, 因此大面胶结上盘, 加工后 下盘光圈变化大。图 1 为板条加工完成时在盘上的 面型干涉图, 图 2 为板条下盘后的面型干涉图, 由图 2
无蜡上盘加工 Nd: YAG 激光晶体板条
徐 斌, 王国强, 皱武应
( 成都东骏激光有限责任公司, 四川 成都 611630)
摘 要: 本文以 No . 2, B Ó H20dNd: YAG 激光板条为例, 介绍了无蜡上盘加工 Nd: YAG 激光晶体板 条的加工方法, 通过对上盘工艺的改进, 有效地去除了胶结变形、热变形对零件面型的影响, 解决了由于 胶结上盘, 下盘后板条面型变化的问题, 本方法也适用于其他材质的大直径薄形光学零件的加工。
关键词: 激光板条; 无蜡上盘; 零件面型 中图分类号: T G 15 文献标志码: B
Processing Nd: YAG Laser Crystal Slab with No Wax Plate
XU Bin, W A NG Guoqiang, ZHO U Wuy ing ( Chengdu Dongjun L aser Co. , L td, Chengdu 611630, China) Abstract: In this paper, takes N 0. 2, B Ó H20 " N d: YA G laser slab as an ex am ple, describes the processing method o f no n- w ax plate Nd: YA G laser cry stal slab pro cessing, thro ug h the impro vement pr ocess on the plate, effectively r emo ved cementatio n defor mation and thermal defor mat ion of face of parts, changed face of the slab to so lve the pr oblem, t his method is also applicable to other mater ials in larg e- diameter thin optical par ts machining . Key words: Laser slab, N o w ax plate, Par ts sur face shape
可以看到, 板条下盘后光圈变化很大, 并且不规则。
图 1 盘上面型干涉图
图 2 盘下面型干涉图
1. 2 引起光圈变形的几个因素[ 1 ]
1. 2. 1 上盘中的胶结变形
薄形零件成盘加工常采用浸蜡上盘法, 一般对
克服薄形零件变形也能起到较满意的效果, 但浸蜡
上盘过程是一个加热和冷却的过程, 在此过程中有
3 结语
1) 因为上盘无胶结, 有效地消除了胶结应力, 下盘后板条面型无变化。
2) 减小转速和摆速, 抛光模具开槽, 可降低热 应力的影响。
3) 由于板条在夹具中跟随着夹具在有挡圈的 胶膜模具中自由旋转, 使得抛光时板条的运行轨迹 更加复杂, 可以提高板条加工的面型精度。
4) 上、下盘简单, 节省加工时间, 夹具和板条研 磨后在盘下清洗, 不会把砂粒带入研磨工序。
板条激光器由于具有抽运均匀、面冷却好、可得 到较好的光束质量和较高的平均输出功率等优点, 受到人们的高度重视, 在国内外发展迅速。激光晶 体板条作为板条激光器的重要工作零件, 对其加工 指标提出了更高的要求, 对于大平面薄形激光板条, 加工过程中的大面光圈下盘后变形已经成为加工过 程中的一个亟待解决的难题, 我们采用无蜡上盘方 法, 有效地解决了这个问题, 达到了预期效果。
5) 加工过程中直接盘下检测, 检测结果更加可 靠。
参考文献
[ 1] 田守信. 高精度及特种光学 零件制造与 检测[ J] . 长春 光 学精密机械学院, 1983, 33: 97- 98.
作者简介: 徐斌( 1972- ) , 男, 硕士 , 主要 从事凝聚态 物理学 方 面的研究。
收稿日期: 2009 年 12 月 22 日
( 4) : 143- 144. [ 3] 周伟. 干式 切 削 刀 具 技术 [ J] . 机 械 设 计与 制 造, 2008 ( 1) : 194- 195.
作者简介: 吴良芹( 1975- ) , 男, 工程 师, 主要 从事 车辆 工程、 机械工程方面的研究。
收稿日期: 2010 年 2 月 5 日
图 5 材料的热变形
1. 2. 3 材料内应力引起的光圈变形 光学材料的内应力表征为材料的折射率、热膨
胀系数等不一致的程度, 在加工薄形光学零件时, 内 应力大的材料, 抛光面各处由于热膨胀系数的不一 致而造成抛光不均匀, 并且完工的光学零件经过一 段时间后, 由于温度的影响, 表面精度也会降低, 所 以要加工高精度的表面, 就要选用退火良好的 N d:
会渐渐趋于变低, 如图 5 所示。如果抛光过程中零 件表面温度升高 $t e , 并且在平行平面的垂直方向
的温度分布呈线性, 则在 抛光表面微小 变形量 $x
用下式表示: $x = <2 # A# $t / ( 8d)
式中, < 为 零件口径; A为材料的 线膨胀系数; d 为
零件厚度。
从上式可以看出, 零件厚度越薄、直径越长, 则 变形量越大。
责任编辑 王亚昆
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5新技术新工艺6 # 热加工工艺技术与材料研究 2010 年 第 7 期
的受力是平衡的。但垫板被加热时, 零件同时被加 热, 当加热到适当温度后, 停止加热, 这时由于上表 面向外散热, 零件上表面和下表面产生温差, 形成温 度梯度, 上表面温度低于下表面温度, 因为膨胀程度 不同, 零件四周向上弯曲, 如图 3 所示。其实这种状 态在开始加热时就出现了, 浸蜡后蜡充满了零件和 垫板的间隙, 在冷却过程中零件上下表面的温差随 温度的下降而变小, 因而零件由图 4 中弧线 2 的状 态向 1 的状态恢复, 但由于浸蜡凝固而不能恢复到 1 的状态, 成为状态 1 和 2 之间的状态 3, 如果这个状态 的零件加工好下盘, 蜡的作用力消失, 零件就会向 1 的状态恢复, 显然零件下盘后, 表面会比在盘上凸一 些。实际加工过程中胶结变形很复杂, 不易控制。
YAG 晶体。
2 无蜡上盘解决方案
采用无蜡上盘方案, 具体方法如图 6 所示, 将圆 形方孔夹具 1 放入带挡圈的胶膜模具 3 中, 1 可在 模具中自由旋转; 板条 2 放在圆形方孔夹具 1 的方 孔中, 板条在方孔中有 3~ 5 丝的活动余量, 可保证 板条在方孔中无夹持应力。加工方法和二轴机方法 相同, 如图 7 所示, 加工时转速和摆速要慢, 抛光模开 方槽, 以减少热应力的影响, 加工结果见图 8、图 9。
图 3 光学零件上盘受 图 4 光学零件上盘随温
热膨胀状态
度下降恢复状态
1. 2. 2 热变形
零件抛光一段时间后, 由于零件与抛光盘的相
互运动, 会产生热量, 这种热量影响被加工零件自身 上、下表面温度差异, 产生温度梯度, 从而导致零件
表面面型精度发生微量变化, 这种微量变化使零件
表面产生突状变形, 这种突状变形放置一段时间后