钕玻璃环抛加工工艺研究

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大口径磷酸盐激光钕玻璃作为高功率固体激光驱动装置中的增益介质,其表面加工质量直接影响到激光系统的性能。随着激光系统输出功率的不断提高,对钕玻璃表面加工的要求也越来越苛刻。Zygo公司已经能够加工出全频段达到指标要求的大口径钕玻璃,而国内在这方面还有所欠缺,目前国内大口径钕玻璃表面加工手段主要是环形抛光,其存在效率低、面形和表面疵病不易控制等问题,根本原因是对环形抛光的规律认识不够全面。因此,本论文围绕钕玻璃加工全频段误差控制、抛光机理、表面疵病的控制,开展了在抛光液中添加不同试剂、引入杂质颗粒物、改变开槽方式等方面的工作,主要如下:  研究了抛光粉粒径、抛光液pH值对钕玻璃抛光性能的影响,将石英玻璃、K9玻璃和钕玻璃放入三孔的分离器,使用不同粒径的抛光粉、不同pH值的抛光液进行抛光,对三种材质玻璃在不同抛光液下的去除率和高频微观结构进行分析。实验发现:钕玻璃表面产生疵病的情况是最严重的,玻璃表面产生划痕的数密度随着抛光粉粒径的增大而增加;磷酸盐玻璃的材料去除率高于硅酸盐玻璃;三块玻璃在碱性抛光环境下材料去除速率增大;粒径较小的抛光粉和偏中性的抛光条件能够加工出表面质量较好的钕玻璃。  研究了不同开槽方式对中频误差的影响,通过开槽实验发现不同槽形会引起光学元件表面不同程度的中频误差,槽间距越小越有利于降低中频误差;方形槽抛光钕玻璃得到较小的rms值。基于Preston公式建立抛光的理论模型分析了实验结果,模拟结果表明:圆形槽在抛光玻璃表面留下的环带结构经过中频滤波后会产生中频残差;从模拟的PSD曲线图中可以看出,方形槽抛光玻璃更易于抑制中频误差,得到较小的rms值。  研究了不同杂质颗粒物对划痕的影响及其大小与划痕形貌之间的关系,在钕玻璃抛光过程中分别引入三种尺寸的金刚砂、氧化铈团聚物和用过的抛光粉作为杂质颗粒物,对抛光过程中产生的划痕形貌进行统计分析;实验结果表明:脆性划痕、塑性划痕和混合型划痕都存在,其中脆性划痕占很大比例,氧化铈团聚物和用过的抛光粉产生的划痕浅且少,金刚砂产生的划痕深且多,随着金刚砂粒径的增大,对应产生的划痕的数密度和长度也增加,不同的金刚砂产生的划痕的宽度分布与其对应的粒径分布相似,呈高斯状分布;划痕的宽度与长度都随着引入杂质颗粒物粒径的增大而增加。
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