【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及薄片激光器中激光晶體薄片的超精密加工，具體而言，尤其涉及一種激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝。
技術介紹
1、薄片激光器由于增益介質厚度極薄，抽運效率高、波前畸變小等優勢，且兼具固體激光器結構緊湊等優點，已然成為了未來高功率激光器的發展方向。其中，增益介質作為薄片激光器的核心組成部分，制備質量直接影響激光器使用性能和服役壽命。常見增益介質(如yag、lu2o3和ggg等激光晶體薄片)具有硬度高、脆性大以及化學惰性強等特性。同時，由于激光晶體薄片厚度薄，徑厚比大，加工和固持引起的翹曲變形使得面型精度要求難以保證。
2、針對激光晶體薄片的加工，主要采用研磨和拋光的組合加工工藝。然而，采用傳統研磨和化學機械拋光組合加工激光晶體薄片存在兩方面的問題：一方面，采用游離磨料研磨激光晶體薄片，材料去除率較低，且研磨液中存在的大顆粒磨料易致使激光晶體薄片加工表面產生較深劃痕和亞表面損傷，進而增加后續拋光工藝階段加工時長；另一方面，由于激光晶體薄片的材料化學性質穩定，采用傳統機械拋光時化學反應速率低，化學-機械作用不匹配導致材料去除率低、加工時間長，且過長的拋光時間會導致激光晶體薄片面型精度變差。
技術實現思路
1、根據上述提出的技術問題，而提供一種激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，包括超精密磨削階段和光化學機械拋光階段，
2、超精密磨削階段包括粗磨階段和精磨階段，粗磨階段目的在于快速實現激光晶體薄片的減薄操作，并為精磨階段提高磨削余
3、光化學機械拋光階段包括半精拋階段和精拋階段，半精拋階段，在不惡化激光晶體薄片表面面型精度情況下，以材料去除率為主、表面質量為輔，去除磨削階段引起的激光晶體薄片表面損傷；精拋階段，以表面質量為主、材料去除率為輔，優化激光晶體薄片表面質量并且對激光晶體薄片表面面型精度進行修整，進而獲得高精度高表面完整性的激光晶體薄片。
4、本專利技術采用的技術手段如下：
5、一種激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，包括如下步驟：
6、步驟1、粗磨階段：采用石蠟將激光晶體薄片固定在硅片上，硅片吸附于自旋轉式超精密磨削機床的真空吸盤工作臺上，磨削時砂輪和激光晶體薄片分別繞各自軸線旋轉，砂輪沿機床主軸軸向方向進給，并采用去離子水作冷卻液；采用預設較粗固結磨料粒度的杯型砂輪對激光晶體薄片基于預設的磨削參數進行粗磨；
7、其中，原材料為直徑≥φ12mm的釔鋁石榴石、氧化镥等激光晶體薄片。
8、所述自旋轉式超精密磨削機床包括真空吸盤工作臺和砂輪。采用石蠟將激光晶體薄片固定于距硅片中心一定位置處，硅片則吸附于真空吸盤工作臺上，并確保硅片中心與工作臺中心重合。
9、采用固結磨料粒度較粗的杯型砂輪對激光晶體薄片進行粗磨，確定合理磨削參數，協同控制激光晶體薄片減薄效率和表面完整性，確定亞表面損傷層深度，為下一工藝階段材料去除余量提供參考。
10、步驟2、精磨階段：采用預設較細固結磨料粒度的杯型砂輪對激光晶體薄片進行精磨；根據粗磨階段所得亞表面加工損傷層深度值，設置精磨階段砂輪進給總量，磨除損傷層，并通過優化磨削工藝參數獲得良好的激光晶體薄片磨削表面/亞表面質量和面型精度；
11、步驟3、半精拋階段：采用石蠟將磨削后的激光晶體薄片粘貼于載物盤上，通過在載物盤上加配重塊使得工件與化學機械拋光裝置拋光盤上的拋光墊接觸緊密；以氧化鋁磨料制備光化學機械拋光半精拋階段專用拋光液，對激光晶體薄片進行半精拋，快速去除磨削階段引起的劃痕、凹坑等表面損傷，并獲得表面形貌較好的激光晶體薄片；化學機械拋光裝置為自動拋光機；紫外光光源設置于拋光墊正上方一定位置處；
12、步驟4、精拋階段：采用硬度較低的氧化鋯磨料制備光化學機械拋光精拋階段專用拋光液，對半精拋后的激光晶體薄片進行精拋；
13、步驟3和步驟4中，通過紫外光發射裝置進行紫外光照射。
14、進一步地，步驟4后，還設置有步驟5、采用無水乙醇作為清洗劑，將精拋后的激光晶體薄片放置于超聲清洗儀中進行清洗。
15、進一步地，步驟1中，杯型砂輪磨料粒度為#325或者#600。
16、進一步地，步驟2中，杯型砂輪磨料粒度為#1500或者#3000。
17、進一步地，步驟1、步驟2中，砂輪轉速范圍為1000～3000rpm、激光晶體薄片自旋轉的轉速范圍為60～240rpm、砂輪軸向進給速度范圍為5～20um/min。
18、進一步地，所述紫外光發射裝置為汞燈型光源、氙燈、氘燈和溴鎢燈的任一種，波長范圍為180～1800nm，紫外光光強為50～150mw/cm2。
19、進一步地，步驟3和步驟4中，拋光載荷10～40kpa、拋光盤轉速50～90rpm、拋光液流量2～14ml/min，拋光墊為聚氨酯拋光墊ic1000。
20、進一步地，步驟3和步驟4中，專用拋光液中磨料粒徑為20～500nm，磨料濃度為20～110g/l。
21、進一步地，步驟3和步驟4中，除氧化鋁磨料、氧化鋯磨料外，其余添加劑成分包括0.05～0.20g/l半導體光催化劑、5～20g/l電子捕獲劑、ph值調節劑、1～5g/l磨料分散劑，所述ph值調節劑將溶液ph值調節至2～5。
22、進一步地，所述半導體光催化劑為mnfe2o4、cufe2o4和cofe2o4類尖晶石鐵氧體中的至少一種；電子捕獲劑為雙氧水h2o2、過氧乙酸ch3coooh、重鉻酸鈉na2cr2o7和高錳酸鉀kmno4中的至少一種；調節劑為hno3、h2so4、h2co3及磷酸中的一種；磨料分散劑為十二烷基苯磺酸鈉sdbs、六偏磷酸鈉sh、聚乙烯吡咯烷酮pvp、聚丙烯酸鈉sp、聚乙二醇peg2000和三聚磷酸鈉stpp中的至少一種。
23、較現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
24、1、加工效率高：在給定表面質量和面型精度前提下，采用傳統工藝路線(研磨+傳統化學機械拋光)加工所用總工時約為14.5小時，而采用本專利技術所述組合加工新方法(超精密磨削+光化學機械拋光)加工所用總工時最高約為5小時，加工效率提高了近3倍。
25、2、表面/亞表面質量好：采用本專利技術所述組合工藝新方法加工激光晶體薄片，可獲得表面粗糙度rms＜0.30nm和表面/亞表面無損傷的表面質量。
26、3、面型精度高：本專利技術所述組合工藝方法，所得激光晶體薄片面型精度pv平均為60nm＜1/10λ@632.8nm，遠高于傳統加工工藝加工質量。
27、本專利技術設計合理，加工成本低，普適性強，適用于批量化加工。
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1.一種激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟4后，還設置有步驟5、采用無水乙醇作為清洗劑，將精拋后的激光晶體薄片放置于超聲清洗儀中進行清洗。
3.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟1中，杯型砂輪磨料粒度為#325或者#600。
4.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟2中，杯型砂輪磨料粒度為#1500或者#3000。
5.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟1、步驟2中，砂輪轉速范圍為1000～3000rpm、激光晶體薄片自旋轉的轉速范圍為60～240rpm、砂輪軸向進給速度范圍為5～20um/min。
6.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，所述紫外光發射裝置為汞燈型光源、氙燈、氘燈和溴鎢燈的任一種，波長范
7.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟3和步驟4中，拋光載荷10～40kPa、拋光盤轉速50～90rpm、拋光液流量2～14ml/min。
8.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟3和步驟4中，專用拋光液中磨料粒徑為20～500nm，磨料濃度為20～110g/L。
9.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟3和步驟4中，除氧化鋁磨料、氧化鋯磨料外，其余添加劑成分包括0.05～0.20g/L半導體光催化劑、5～20g/L電子捕獲劑、pH值調節劑、1～5g/L磨料分散劑，所述pH值調節劑將溶液pH值調節至2～5。
10.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，所述半導體光催化劑為MnFe2O4、CuFe2O4和CoFe2O4類尖晶石鐵氧體中的至少一種；電子捕獲劑為雙氧水H2O2、過氧乙酸CH3COOOH、重鉻酸鈉Na2Cr2O7和高錳酸鉀KMnO4中的至少一種；調節劑為HNO3、H2SO4、H2CO3及磷酸中的一種；磨料分散劑為十二烷基苯磺酸鈉SDBS、六偏磷酸鈉SH、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚丙烯酸鈉SP、聚乙二醇PEG2000和三聚磷酸鈉STPP中的至少一種。
...【技術特征摘要】
1.一種激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟4后，還設置有步驟5、采用無水乙醇作為清洗劑，將精拋后的激光晶體薄片放置于超聲清洗儀中進行清洗。
3.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟1中，杯型砂輪磨料粒度為#325或者#600。
4.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟2中，杯型砂輪磨料粒度為#1500或者#3000。
5.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，步驟1、步驟2中，砂輪轉速范圍為1000～3000rpm、激光晶體薄片自旋轉的轉速范圍為60～240rpm、砂輪軸向進給速度范圍為5～20um/min。
6.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋光組合工藝，其特征在于，所述紫外光發射裝置為汞燈型光源、氙燈、氘燈和溴鎢燈的任一種，波長范圍為180～1800nm，紫外光光強為50～150mw/cm2。
7.根據權利要求1所述的激光晶體薄片超精密磨削與光化學機械拋...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高尚，郭星晨，康仁科，董志剛，黃金星，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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