[发明专利]YAG板条激光晶体反射面形加工方法

说明书

一种YAG板条激光晶体反射面形加工方法，本发明通过传统研磨、抛光和磁流变数控抛光结合，克服了板条上下盘带来的形变问题，可以有效的控制板条激光晶体的加工精度，加工出用于高功率板条激光器的板条激光晶体，反射面形PV≤λ/6。

技术领域

本发明涉及激光晶体光学冷加工领域，特别是一种YAG板条激光晶体加工方法。

背景技术

作为高功率板条激光器的核心工作元件，YAG板条激光晶体元件具有高透光率、均匀折射率、低激光阈值、耐冲击等优越的光学、机械和热性能特性，仍然是当前最重要、应用最广泛的固态激光器工作物质，大量用于军事、科研、医疗及工业激光器中，在需要高功率、高能量、开关和锁模超短脉冲激光等场合，更是首选的激光工作物质。

YAG板条激光晶体加工精度直接影响到激光器的输出光束质量，随着板条激光器输出功率要求的不断提升，所需板条的几何尺寸越来越大，加工难度和质量要求也越来越高。对于典型的硬脆难加工晶体，如Nd：YAG晶体，莫氏硬度达到8.5，这类材料的弹性极限与强度极限非常接近，当材料所承受的载荷稍稍超过弹性极限时就会发生断裂破坏。其晶体结构属石榴石型，是自然界中仅次于金刚石、立方氮化硼的第三大硬脆材料，因此加工这种晶体比一般的光学材料更加困难。另外，板条Nd：YAG晶体是典型的超薄型光学零件，具有较大的长宽比，结构刚性差，传统的上盘方式通常会带来非常大的加工变形。由于元件对面形精度的要求是全口径的，因此在抛光过程还必须严格控制塌边量。最后，为提高器件性能，板条各棱边倒角尺寸极小甚至不倒角，棱边较锋利，加工过程中如果装夹不当，极易造成元件的崩边、崩角甚至报废。

针对YAG板条激光晶体材料的光学加工，目前国内外已报道的加工方法大多是在研抛机上利用沥青、聚氨酯或纯锡等抛光模，选用金刚石或氧化铝微粉磨料进行手工抛光或机抛。中国工程物理研究院谢瑞清等开展了新型的合成抛光盘抛光工艺研究，代替了传统的沥青、聚氨酯等抛光盘材料，基本实现了无塌边抛光；国外的研究机构在传统加工的基础上引入了小工具抛光工艺，开展了板条晶体的确定性、高精度加工工艺研究。但现有的各种工艺方法仍然无法完全解决板条晶体元件高面形精度有效控制，实现该类元件高精度面形加工制造仍比较困难。

发明内容

本发明提供一种YAG板条激光晶体反射面形加工方法，该方法将传统加工与数控磁流变加工相结合，加工出用于高功率板条激光器的板条激光晶体，反射面形PV≤λ/6。

本发明的技术解决方案如下：

一种YAG板条激光晶体反射面形加工方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

1)单轴机研磨抛光：利用传统单轴机研磨抛光晶体第一面，利用激光干涉仪检测抛光后的第一面反射面形，当第一面反射面形精度达到0.5λ～1λ时，完成第一面反射面形加工；将第一面真空吸附在光胶板上，利用传统单轴机研磨抛光晶体第二面，利用激光干涉仪检测抛光后的第二面反射面形，当第二面反射面形精度达到0.5λ～1λ，时，完成第二面反射面形加工，将晶体从光胶板上下盘；

2)环抛抛光：通过陪抛片对环抛机进行校正，控制环境温度在20±2℃范围，利用环抛机对陪抛片进行抛光，通过激光干涉仪检测陪抛片的反射面形，当反射面形大于0.3λ时，继续抛光；当反射面形小于0.3λ时，校正完毕，立即取下陪抛片，分别对晶体的两个单面进行环抛加工，当两个单面反射面形精度达到0.3λ～0.5λ时，完成环抛加工；

3)磁流变数控加工：控制环境温度在20±2℃范围，利用磁流变抛光机对晶体的两个单面分别进行抛光，利用激光干涉仪检测抛光后的两个单面反射面形，当两个单面反射面形PV≤λ/6时，磁流变抛光完毕；

4)晶体加工结束。

本发明的技术效果如下：