Способ изготовления оптических изделий

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптико-механической, химической промышленности и лазерной технике, а именно в нелинейных поглощающих элементах, используемых в качестве пассивных лазерных затворов и оптических развязок для предотвращения самовозбуждения усилительных каскадов йодных лазерных установок (λ=1,3 мкм), твердотельных (неодимовых) лазеров (λ=1,06 мкм), а также других лазеров в диапазоне (λ=0,3-2,0 мкм). Техническим результатом изобретения является получение прецизионного качественного оптического соединения поверхностей с высокой точностью по клиновидности и неплоскостности, улучшение техники безопасности и увеличение срока службы кюветы. Способ изготовления изделий из оптического стекла осуществляют путем соединения нескольких, как минимум двух, деталей в виде пластин. На предварительно обработанных поверхностях деталей пластин определяют вершину и основание истинных клиньев каждой пластины и производят их маркировку. Затем проводят отбор пар пластин с минимальной разницей клиньев с последующей ориентацией их относительно друг друга, регистрацией разностного клина в паре пластин. Окончательную сборку оптических деталей осуществляют путем совмещения рисок пластин: вершина клина одной пластины с основанием клина другой пластины. 1 н. и 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптико-механической, химической промышленности и лазерной технике, а именно может быть применено в нелинейных поглощающих элементах, используемых в качестве пассивных лазерных затворов и оптических развязок для предотвращения самовозбуждения усилительных каскадов йодных лазерных установок (λ=1,3 мкм), твердотельных (неодимовых) лазеров (λ=1,06 мкм), а также других лазеров в диапазоне (λ=0,3÷2,0 мкм).

К ним предъявляются следующие требования: герметичность при работе с высокоагрессивными и токсичными средами, незначительный уровень влияния на расходимость излучения, достаточный для прохождения светового пучка рабочий диаметр, малый угол клиновидности, малая степень деполяризации, малые линейные потери, малая трудоемкость изготовления, возможность многократного перезаполнения, возможность разъема и повторного соединения или замены отдельных компонентов, а также безопасность в работе.

Известен способ изготовления кюветы фототропного затвора, обеспечивающий жесткие требования, предъявляемые лазерной техникой к параллельности оптических поверхностей, герметичности кюветы в широком диапазоне температур в течение нескольких лет, инертности поверхности рабочей зоны к составу фототропной жидкости (Белостоцкий Б.Р. и.др. Основы лазерной техники. - М., 1972, с.104-105). Но такая кювета обладает существенными недостатками: при таком способе изготовления кювет, включающем операции химического травления, посадку на оптический контакт, углубление контакта методом глубокого оптического контакта (ГОК), минимально возможная толщина слоя рабочей жидкости зависит от светового диаметра кюветы. При увеличении светового диаметра до 200 мм уменьшение толщины слоя рабочей жидкости до 0,5÷1 мм становится проблематичным в связи с трудоемкостью изготовления тонкого стеклянного промежуточного элемента с соотношением толщины к диаметру s/d=1/100÷1/200. Использование кювет с приемлемыми толщинами слоя жидкости приводит к существенному увеличению количества агрессивной и токсичной рабочей жидкости, что небезопасно для работающего с кюветой персонала. Кроме того, кюветы с малой толщиной слоя жидкости меньше смещают луч при необходимых для устранения паразитных отражений размещения кюветы относительно оптической оси системы.

Известен по А.С. №463643, МПК С03С 27/00, опубл. в БИ №10 от 15.03.75 способ изготовления изделий. Способ изготовления оптических кювет, например из кварцевого стекла, путем соединения деталей с помощью оптического контакта и последующего спекания их под давлением в вакууме. Спекание осуществляют при давлении р=2,5÷3 кг/см² и температуре t=1100÷1130°С. Недостатком способа изготовления является деформация геометрической формы пластин, что приводит к искажению формы проходящего лазерного излучения.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ изготовления изделий (патент №2155723, С03С 27/06, опубликован в БИ №25 10.09.2000). Недостатком способа изготовления является присутствие незначительных искажений формы проходящего лазерного излучения.

Технической задачей изобретения является получение прецизионного качественного оптического соединения поверхностей с высокой точностью по клиновидности и неплоскостности, что обеспечивает герметизацию рабочей агрессивной жидкости, одновременно исключает деформации пакета и сохраняет высокое качество изделия при уменьшении линейных потерь энергии лазерного излучения, проходящего через слой рабочей жидкости в кювете, улучшение условий техники безопасности и увеличение срока службы кюветы.

Техническим результатом изобретения является достижение дополнительного эффекта путем компенсации механических погрешностей поверхностей изделия доступным и нетрудоемким технологическим методом, возможность изготовления прецизионной оптической кюветы, позволяющей уменьшить линейные потери энергии лазерного излучения при прохождении через слой рабочей жидкости в кювете благодаря прецизионной сборке составляющих оптических деталей изделия, а именно при помощи конструктивной компенсации оптической клиновидности подобранных и соединяемых деталей, при этом повышается точность их взаимного расположения и надежность всей конструкции.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ изготовления изделий из оптического стекла осуществляется путем соединения контактом одновременно нескольких, как минимум двух, деталей, являющихся оптическими пластинами. На предварительно обработанных поверхностях деталей определяют оптические характеристики соединяемых деталей: вершину и основание истинных клиньев каждой пластины , и производят их маркировку рисками, проводят отбор пар пластин с минимальной разницей клиньев с последующей ориентацией их относительно друг друга, регистрацией разностного клина в паре пластин. Окончательную сборку оптических деталей возможно осуществить путем совмещения рисок пластин: вершина клина одной пластины с основанием клина другой пластины с точностью по дуге ∩±0,5 мм.

Отбор пластин проводится следующим образом.

1. Измерительный коллиматор устанавливают на оптической скамье, исключающей влияние тряски и вибрации.

2. Оптические пластины поочередно устанавливают в соответствующих оправах.

3. Замеряют и заносят в паспорт истинный клин ±1".

4. Маркируют риски, обозначающие вершину и основание клина, с точностью по дуге ∩±0,5 мм. Риски наносят на поверхность, противоположной той, на которой находятся вершина (вертикальная риска) и основание (поперечная риска) клина, и заливают эмалью любой стандартной марки.

5. Подбирают пару пластин с минимальной разницей клиньев.

=(±1")-(±1")=0(±2").

6. Определяют вершину разностного клина и отмечают ее поперечной риской , расположив пластины таким образом, чтобы риски пластин совпадали: вершина клина одной с основанием клина другой с точностью по дуге ∩±0,5 мм.

7. Гравируют риску I на пластине.

8. Наносят покрытие на поверхности пластины, где нанесены риски.

9. При сборке кюветы пластины устанавливают таким образом, чтобы риски находились с внешней стороны.

Способ позволяет исключить деформацию оптических деталей, образуя при этом прецизионное оптическое изделие с неплоскостностью соединяемых поверхностей N=0,05÷0,1 кольца Ньютона и клиновидностью θ<2".

Контроль качества осуществлялся как с помощью коллиматора, так и с помощью интерферометра по интерференционной картине колец Ньютона на поверхности изделия.

Пример конкретного исполнения.

Две детали из оптического стекла К-8 диаметром 205 мм, толщиной 26 мм и промежуточным кольцом с толщиной 1 мм подвергают ГОКу. Предварительно детали должны быть изготовлены, подобраны и совмещены между собой по предлагаемой методике.

Подборка пластин проводится следующим образом.

1. Соединяемые поверхности деталей полируют с точностью не хуже ∇Rz=0,1÷0,2 полосы интерференции.

2. Измерительный коллиматор устанавливают на оптической скамье, исключающей влияние тряски и вибрации.

3. Предварительно обработанные оптические пластины устанавливают в соответствующих оправах.

4. Замеряют и заносят в паспорт истинный клин θ_i ⁿ±1".

5. Маркируются риски, обозначающие вершину и основание клина, с точностью по дуге ∩±0,5 мм. Риски наносят на поверхности, противоположной той, на которой находятся вершина (вертикальная риска) и основание (поперечная риска) клина, и заливают эмалью любой стандартной марки.

6. Подбирают пару пластин с разницей по клину.

θ_i ^p=θ₁ ⁿ(±1")-θ₂ ⁿ(±1")=0(±2").

7. Затем определяют вершину разностного клина и отмечают ее поперечной риской , расположив пластины таким образом, чтобы риски пластин совпадали: вершина клина одной с основанием клина другой с точностью по дуге ∩±0,5 мм.

8. Гравировать риску на пластине.

9. Наносят покрытие на поверхности пластины, где нанесены риски.

10. При сборке кюветы пластины устанавливают таким образом, чтобы риски находились с внешней стороны.

11. Осуществляют посадку на ОК пластины с промежуточным кольцом.

12. После посадки на ОК пластины подвергают термообработке, углублению оптического контакта, т.е. посадке на ГОК.

Контроль качества прецизионного соединения пакета оптических пластин (кюветы) по клиновидности осуществляют коллиматором, а по неплоскостности - интерферометром по интерференционной картине поверхности. Неплоскостность поверхностей составила N=0,05-0,1 кольца Ньютона. Клиновидность пакета составила θ=1,5".

Предложенный способ обеспечивает возможность более точного и качественного изготовления прецизионной оптической кюветы с учетом метода оптимального подбора пластин, компенсирующего погрешности и неточности изготовления поверхностей оптических пластин для фототропного затвора.

Получена кювета с минимальными значениями величин клиновидности и неплоскостности. Скомпенсированная с учетом знака комплектация оптических пластин сборных кювет обеспечивает возможность разъема и повторного соединения или замены отдельных компонентов. За счет малой толщины зазора линейные потери энергии лазерного изучения при прохождении через слой рабочей жидкости в кювете уменьшились в несколько раз. Методика подбора и соединения пластин оптимально технологична и проста в осуществлении.

1. Способ изготовления оптических изделий путем соединения нескольких, как минимум двух, деталей в виде пластин, отличающийся тем, что на предварительно обработанных поверхностях деталей пластин определяют вершину и основание истинных клиньев каждой пластины и производят их маркировку, проводят отбор пар пластин с минимальной разницей клиньев с последующей ориентацией их относительно друг друга, регистрацией разностного клина в паре пластин, а окончательную сборку оптических деталей осуществляют путем совмещения рисок пластин: вершины клина одной пластины с основанием клина другой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что неплоскостность пластин определяют по оптическому пробнику по интерференционной картине колец Ньютона.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сборка производится при помощи промежуточного кольца с последующей термообработкой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что совмещение рисок пластин-вершины клина одной пластины с основанием клина другой пластины осуществляют с точностью по дуге ∩±0,5 мм.