專利名稱：激光玻璃的鍵合包邊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光玻璃，特別是一種激光玻璃的鍵合包邊方法。更詳細(xì)地說(shuō)是一種片狀激光玻璃的鍵合包邊方法。
背景技術(shù)：
激光玻璃包邊是激光玻璃研制過(guò)程的三大組成部分之一。在包邊中激光玻璃與包邊玻璃的折射率匹配對(duì)剩余反射起著至關(guān)重要的作用，最終將影響寄生振蕩的抑制程度，從而影響放大器的增益。目前激光玻璃包邊方式大體上分為兩類
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一類是采用粉末燒結(jié)方法在激光玻璃周邊涂上一薄吸收層粉末，燒結(jié)后形成一薄吸收層或是將物化參數(shù)與基體激光玻璃高度匹配的熔融態(tài)包邊玻璃直接澆注于高溫片狀激光玻璃的周邊，待冷卻后二者融為一體，這種方法我們稱之為“硬包邊”。采用粉末燒結(jié)方法3885974，3906396，4217382等美國(guó)專利都曾有詳細(xì)描述，此種包邊的缺點(diǎn)是界面和包層都有氣泡，折射率匹配不佳，顯著增加了剩余反射。熔融態(tài)澆注法熔接工藝復(fù)雜，工藝操作中易導(dǎo)致基體釹玻璃炸裂，風(fēng)險(xiǎn)很大。另一種方法是采用光學(xué)膠粘劑將吸收ASE的包邊玻璃粘貼在基體激光玻璃的周圍，并通過(guò)化學(xué)組成的優(yōu)化使基體激光玻璃、粘結(jié)劑材料及吸收ASE的包層物理性質(zhì)盡量匹配，我們稱這種方法為“軟包邊”，美國(guó)專利4849036和中國(guó)專利CN101976796A都詳細(xì)描述了軟包邊過(guò)程，軟包邊折射率匹配度高，操作簡(jiǎn)單，可靠性好，但是由于采用有機(jī)膠粘接，膠層易老化，耐候性稍差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光玻璃的鍵合包邊方法，該方法集有硬包邊與軟包邊的優(yōu)點(diǎn)，具有折射率匹配好，粘接強(qiáng)度高，耐候性好，操作簡(jiǎn)便，較高的可靠性和穩(wěn)定性?？捎行б种萍す獠Ａе械募纳鹗?，提高激光系統(tǒng)的增益。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種激光玻璃的鍵合包邊方法，其特征在于該方法包括下列步驟①選取包邊玻璃選取的包邊玻璃的熱膨脹系數(shù)與待包邊的片狀激光玻璃的熱膨脹系數(shù)差值應(yīng)小于2%，包邊玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率Ii1大于所述的激光玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率n2，且Ii1-Ii2=O. 0005 O. 005 ;所述的包邊玻璃的氣泡度達(dá)到A級(jí)以上，條紋度B級(jí)以上；②激光玻璃和包邊玻璃的加工對(duì)待包邊的片狀激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面進(jìn)行光學(xué)加工，要求激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面的平整度達(dá)到4 λ以內(nèi)，光潔度2級(jí)以上；③模具的準(zhǔn)備準(zhǔn)備一副模具，模具的尺寸與激光玻璃和包邊玻璃的四個(gè)周邊尺寸相適應(yīng)，為了防止鍵合包邊過(guò)程玻璃與模具粘連，在與所述的激光玻璃和包邊玻璃接觸的模具表面均勻地噴涂一層氮化硼或氧化鋁脫模劑；
④清潔與貼合將待包邊的激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面清潔干凈，先將包邊玻璃與激光玻璃的長(zhǎng)側(cè)邊貼合好，然后將短邊貼合好，放入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中，將模具的欄板靠緊玻璃并固定好，一同放入真空熱處理爐中；⑤熱處理控制真空熱處理爐從室溫按升溫速率O 150°C /小時(shí)升溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度!；后，保溫O 24小時(shí)；然后再升溫到玻璃的軟化溫度Tf Tf+300°C，保持O. 5 20小時(shí)，然后真空熱處理爐從高溫緩慢降溫至室溫，取出已包邊的激光玻璃。所述的模具為球墨鑄鐵或鋁青銅模具。所述的氧化招和氮化硼脫模劑的厚度為30 μ m 500 μ m。所述的真空熱處理爐為低溫真空電阻爐。 為盡量提高鍵合包邊的質(zhì)量，減少包邊界面的氣泡，在升溫和保溫過(guò)程中，可以將熱處理爐的真空度抽到IO5 10_2帕以內(nèi)。所述的真空熱處理爐從高溫降至室溫的降溫速率彡200C /小時(shí)。本發(fā)明的技術(shù)效果實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明方法具有折射率匹配好，粘接強(qiáng)度高，耐候性好，包邊界面的剩余反射小于萬(wàn)分之四的特點(diǎn)，完全滿足包邊消除寄生震蕩的要求。
圖I是本發(fā)明激光玻璃的鍵合包邊方法的包邊玻璃的配置示意圖；圖2是本發(fā)明激光玻璃的鍵合包邊模具示意圖；圖3是本發(fā)明激光玻璃的玻璃和模具放置示意圖；圖4是N31玻璃的鍵合包邊的熱處理工藝圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種激光玻璃的鍵合包邊的方法，該方法包括下列步驟①選取所述的包邊玻璃該包邊玻璃的熱膨脹系數(shù)與待包邊的片狀激光玻璃I的熱膨脹系數(shù)差值小于2%，包邊玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率Ii1大于所述的激光玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率n2，且Ii1-Ii2=O. 0005 O. 005 ;所述的包邊玻璃的氣泡度達(dá)到A級(jí)以上，條紋度B級(jí)以上；②所述待包邊的激光玻璃和包邊玻璃的加工對(duì)所述的激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面進(jìn)行光學(xué)加工，激光玻璃和包邊玻璃包邊側(cè)面的平整度要求4 λ以內(nèi)，光潔度要求2級(jí)或以上；③包邊模具的準(zhǔn)備(參見(jiàn)圖2):準(zhǔn)備一副模具，模具的尺寸與激光玻璃和包邊玻璃的四個(gè)周邊尺寸相適應(yīng)。包括底板401，側(cè)欄板402、403，端欄板404、405，卡槽406，定位孔407，定位稍408。為了防止鍵合包邊過(guò)程玻璃與模具粘連，在模具與玻璃接觸的表面噴鍍一薄層氮化硼或氧化鋁脫模劑；④清潔與貼合將激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面清潔干凈，先將包邊玻璃與激光玻璃的長(zhǎng)側(cè)邊貼合好，然后將短邊貼合好，放入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中，將欄板靠緊玻璃并利用定位稍和定位孔將欄板固定好，一同放入真空熱處理爐中；⑤熱處理控制真空熱處理爐從室溫升溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)后，保溫O 24小時(shí)，然后再升溫到玻璃的軟化溫度，保持O. 5 20小時(shí)，升溫速率O 150°C /小時(shí)。讓玻璃高溫鍵合,形成永久性的化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)。所述的包邊玻璃為摻雜氧化銅磷酸鹽玻璃，該包邊玻璃氧化銅的重量百分比為O. 3 3. 0% ；所述的包邊玻璃的氣泡度達(dá)到A級(jí)以上，條紋度B級(jí)以上；所述的模具為球墨鑄鐵或鋁青銅模具，模具的放置欄板可以根據(jù)樣品的大小緊靠樣品四周；
所述的氧化鋁和氮化硼脫模劑要均勻噴鍍?cè)谀＞弑砻妫穸葹?0 μ m 500 μ m ;所述的激光玻璃和包邊玻璃的包邊面?zhèn)让娴钠秸纫? λ以內(nèi)，光潔度要求2級(jí)或以上；所述的真空熱處理爐為低溫真空電阻爐，最高使用溫度1000°C，冷(熱)態(tài)的極限真空度為10_2帕；所述的鍵合包邊方法，為盡量提高鍵合包邊的質(zhì)量，減少包邊界面的氣泡，在升溫和保溫過(guò)程中，可以將熱處理爐的真空度抽到IO5 10_2帕。實(shí)施列1，四邊形片狀激光玻璃的鍵合包邊方法，參閱圖I至圖4，圖I為四邊形片狀激光玻璃和包邊玻璃的配置與貼合示意圖，圖2為模具的放置示意圖，圖3為玻璃和模具的放置示意圖，圖4為N31型玻璃的熱處理工藝圖。本發(fā)明的鍵合包邊方法包括下列步驟①選取所述的包邊玻璃，該包邊玻璃的熱膨脹系數(shù)與所需包邊的片狀激光玻璃的熱膨脹系數(shù)差值小于2%，包邊玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率Ii1大于所述的激光玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率n2，且Ii1-Ii2=O. 0005 O. 005 ;所述的包邊玻璃的氣泡度達(dá)到A級(jí)以上，條紋度B級(jí)以上。本實(shí)施例的激光玻璃在1053nm的折射率n2和包邊玻璃在1053nm的折射率Ii1相匹配，例如n2=l. 535，那么Ii1 = I. 537是合適的。激光玻璃30 300°C的膨脹系數(shù)α2與包邊玻璃在30 300°C的膨脹系數(shù)Ci1相匹配，例如Ci2=IlSX 10_7，a i匹配的合適范圍為116 120X10_7。為減少包層氣泡和條紋引起的反射，每IOOcm3的包邊玻璃中，直徑大于O. 05mm的氣泡少于3個(gè)，同時(shí)氣泡截面積的總和小于O. 25mm2，而且在包邊面和通光面的方向沒(méi)有條紋，這樣的包邊玻璃是合適的。②所述激光玻璃和包邊玻璃的加工將激光玻璃I的I. I、I. 2側(cè)邊進(jìn)行光學(xué)加工，要求達(dá)到2級(jí)光潔度和4 λ的平整度要求；根據(jù)所述激光玻璃長(zhǎng)側(cè)邊的尺寸選配尺寸相適應(yīng)的包邊玻璃，將包邊玻璃的2. 3、2. 4側(cè)邊進(jìn)行光學(xué)加工，達(dá)到2級(jí)光潔度和4 λ的平整度要求；將激光玻璃的短側(cè)邊I. 5和包邊玻璃的2. 7、2. 9面同時(shí)進(jìn)行光學(xué)加工，要求整體達(dá)到2級(jí)光潔度和4 λ的平整度要求，激光玻璃的短側(cè)邊I. 6和包邊玻璃的2. 8,2. 10面亦是如此。根據(jù)所述激光玻璃短側(cè)邊的尺寸和包邊玻璃長(zhǎng)側(cè)邊的厚度選配尺寸相適應(yīng)的包邊玻璃3，將包邊玻璃的3. 11,3. 12側(cè)邊進(jìn)行光學(xué)加工，達(dá)到2級(jí)光潔度和4 λ的平整度要求。③包邊模具的準(zhǔn)備準(zhǔn)備一副球墨鑄鐵模具，為了防止鍵合包邊過(guò)程玻璃與模具粘連，在模具的表面噴鍍一薄層氮化硼，氮化硼的厚度為ΙΟΟμπι ;
④將激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面清潔干凈，先將激光玻璃的長(zhǎng)邊I. I、I. 2與包邊玻璃的長(zhǎng)側(cè)邊2. 3、2. 4貼合好，然后將激光玻璃短邊I. 5、I. 6與包邊玻璃短側(cè)邊3. 11、3. 12跟激光玻璃貼合在一起，放入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中，將欄板靠緊玻璃，并將欄板固定好，一同放入真空熱處理爐中；⑤熱處理將激光玻璃和包邊玻璃按圖4工藝進(jìn)行熱處理熱處理從室溫以300C /小時(shí)升溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度465°C (Tg)后，保溫4小時(shí)。然后以30°C /小時(shí)升溫到玻璃的軟化溫度550°C，保持4小時(shí)，讓玻璃高溫鍵合，形成永久性的化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)，然后真空熱處理爐從高溫降至室溫的降溫速率< 20°C /小時(shí)，取出包邊后的激光玻璃成品。實(shí)施列2，本實(shí)施例方法和步驟同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于②將激光玻璃I的I. I、I. 2側(cè)邊和包邊玻璃的2. 3,2. 4側(cè)邊加工好后，就直接貼 合，放入模具中進(jìn)行鍵合；鍵合好后再加工I. 5、I. 6、2. 7和2. 8面,貼合好后再一次鍵合。實(shí)施例3，本實(shí)施例的方法和步驟① ④同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于熱處理⑤，熱處理從室溫以145°C /小時(shí)升溫至550°C，保持4小時(shí)，讓玻璃高溫鍵合，同時(shí)從室溫開(kāi)始，真空度維持在10—1帕。實(shí)施例4，本實(shí)施例的方法和步驟① ④同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于熱處理⑤，熱處理從室溫以30°C /小時(shí)升溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度465°C (Tg)后，保溫24小時(shí)。然后以30°C /小時(shí)升溫到玻璃的軟化溫度550°C，保持20小時(shí)，讓玻璃高溫鍵合，形成永久性的化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)。實(shí)施例5，本實(shí)施例的方法和步驟① ④同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于熱處理⑤，熱處理從室溫以30°C /小時(shí)升溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度465°C (Tg)后，保溫4小時(shí)。然后以30°C /小時(shí)升溫到玻璃的軟化溫度之上650°C，保持I小時(shí)，讓玻璃高溫鍵合，形成永久性的化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)。需要說(shuō)明的是，其它形狀的多邊形也是可以采用此種鍵合包邊方法的，另外無(wú)限緩慢的升溫速率也是可行的，這里我們不再實(shí)施。將包好邊的樣品加工成測(cè)試樣品，對(duì)包邊界面和剩余反射進(jìn)行檢測(cè)，并檢測(cè)包邊界面的鍵合強(qiáng)度如表1，
權(quán)利要求
1.一種激光玻璃的鍵合包邊方法，其特征在于該方法包括下列步驟 ①選取包邊玻璃選取的包邊玻璃的熱膨脹系數(shù)與待包邊的片狀激光玻璃的熱膨脹系數(shù)差值應(yīng)小于2%，包邊玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率II1大于所述的激光玻璃在激光波長(zhǎng)的折射率112，且Ii1-Ii2=O. 0005 O. 005 ;所述的包邊玻璃的氣泡度達(dá)到A級(jí)以上，條紋度B級(jí)以上； ②激光玻璃和包邊玻璃的加工對(duì)待包邊的片狀激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面進(jìn)行光學(xué)加工，要求激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面的平整度達(dá)到4λ以內(nèi)，光潔度2級(jí)以上； ③模具的準(zhǔn)備準(zhǔn)備一副模具，模具的尺寸與激光玻璃和包邊玻璃的四個(gè)周邊尺寸相適應(yīng)，為了防止鍵合包邊過(guò)程玻璃與模具粘連，在與所述的激光玻璃和包邊玻璃接觸的模具表面均勻地噴涂一層氮化硼或氧化鋁脫模劑； ④清潔與貼合將待包邊的激光玻璃和包邊玻璃的包邊側(cè)面清潔干凈，先將包邊玻璃與激光玻璃的長(zhǎng)側(cè)邊貼合好，然后將短邊貼合好，放入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中，將模具的欄板靠緊玻璃并固定好，一同放入真空熱處理爐中； ⑤熱處理控制真空熱處理爐從室溫按升溫速率O 150°C/小時(shí)升溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg后，保溫O 24小時(shí)；然后再升溫到玻璃的軟化溫度Tf Tf+300°C，保持O. 5 20小時(shí)，然后真空熱處理爐從高溫緩慢降溫至室溫，取出已包邊的激光玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍵合包邊方法，其特征在于所述的模具為球墨鑄鐵或鋁青銅模具。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍵合包邊方法，其特征在于所述的氧化鋁和氮化硼脫模劑的厚度為30 μ m 500 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍵合包邊方法，其特征在于所述的真空熱處理爐為低溫真空電阻爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍵合包邊方法，其特征在于為盡量提高鍵合包邊的質(zhì)量，減少包邊界面的氣泡，在升溫和保溫過(guò)程中，可以將熱處理爐的真空度抽到IO5 10_2帕以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的鍵合包邊方法，其特征在于所述的真空熱處理爐從高溫降至室溫的降溫速率彡200C /小時(shí)。
全文摘要
一種激光玻璃的鍵合包邊方法，本包邊方法精選與基質(zhì)激光玻璃物性相匹配的包邊玻璃，經(jīng)過(guò)對(duì)包邊面的精密加工，將包邊面清理干凈，再將基質(zhì)玻璃和包邊玻璃直接貼合在一起，放入預(yù)先準(zhǔn)備好的配套模具中，包邊界面不采用任何有機(jī)和無(wú)機(jī)粘接劑，然后經(jīng)過(guò)特定的熱處理工藝鍵合，將包邊玻璃和基質(zhì)玻璃牢固地結(jié)合在一起，其鍵合包邊的聯(lián)接強(qiáng)度已經(jīng)接近N31釹玻璃材料本身的強(qiáng)度。本發(fā)明方法具有折射率匹配好，粘接強(qiáng)度高，耐候性好，包邊界面的剩余反射小于萬(wàn)分之四的特點(diǎn)，完全滿足包邊消除寄生震蕩的要求。
文檔編號(hào)C03B23/20GK102875014SQ20121041831
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者唐景平, 孟濤, 何冬兵, 陳樹(shù)彬, 王標(biāo), 李順光, 胡麗麗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所