Способ изготовления изделий из оптического стекла

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для использования в оптико-механической, химической промышленности и лазерной технике. Способ изготовления изделий из оптического стекла путем соединения нескольких деталей оптическим контактом и последующей термообработки. Соединение деталей осуществляют через промежуточный элемент, который соединяют с одной из деталей, обрабатывают до толщины в соотношении к наружному размеру элемента 1/100-1/200 и соединяют со следующей деталью. Технической задачей изобретения является уменьшение линейных потерь энергии лазерного излучения при прохождении через слой рабочей жидкости в кювете, улучшение условий техники безопасности и увеличение срока службы кюветы.

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. К ним предъявляются следующие требования: герметичность при работе с высокоагрессивными и токсичными средами, низкий уровень влияния на расходимость излучения, достаточный для прохождения светового пучка рабочий диаметр, маленький угол клиновидности, малая степень диполяризации, малые линейные потери, низкая трудоемкость изготовления, возможность многократного перезаполнения, 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 ГОКа, минимально возможная толщина слоя рабочей жидкости ограничивается световым диаметром кюветы. При увеличении светового диаметра до 200 мм, уменьшении 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 = 1/100 -1/200. Использование кювет с приемлемыми толщинами приводит к существенному увеличению количества агрессивной и токсичной рабочей жидкости, что небезопасно для работающего с кюветой персонала. Кроме того, кюветы малой толщины меньше смещают луч при необходимых для устранения паразитных отражений, заклонах кюветы относительно оптической оси системы.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ изготовления изделий авт.св. 463643, МКИ С 03 С 27/00, который можно выбрать в качестве ближайшего из аналогов. 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 2,5-3 кг/см² и температуре 1100-1130^oC. Недостатком способа изготовления является деформация геометрической формы пластин, что приводит к линейным потерям энергии лазерного излучения.

Техническим результатом изобретения является возможность изготовления прецизионной оптической кюветы, позволяющей уменьшить линейные потери энергии лазерного излучения при прохождении через слой рабочей жидкости в кювете, улучшить условия техники безопасности и увеличить срок службы кюветы.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ изготовления изделий из оптического отекла путем соединения оптическим контактом и последующей термообработки предусматривает соединение деталей через промежуточный элемент, который соединяют с одной из деталей, обрабатывают до толщины в отношении к наружному размеру элемента 1/100-1/200 и соединяет со следующей деталью. Способ позволяет существенно уменьшать количество агрессивной и токсичной жидкости, обеспечивая тем самым безопасность работы персонала с кюветой, меньшее смещение луча при необходимых для устранения паразитных отражений, заклонах кюветы относительно оптической оси системы, исключает деформацию оптических деталей, образуя при этом прецизионное оптическое изделие с неплоскостностью поверхностей N=0,05-0,1 кольца Ньютона, клиновидность Q=3-5.

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

Пример конкретного исполнения.

Детали из оптического стекла К-8 диаметром 100 мм, толщиной 10 мм и промежуточным кольцом с толщиной 15 мм подвергают оптическому соединению между собой по следующей технологии.

Соединяемые поверхности деталей полируют с точностью не хуже 0,1...0,2 полосы интерференции.

На одном из соединяемых поверхностей (пластины или промежуточного элемента в виде кольца) путем химического травления в азотной кислоте HNO₃ (0,5 н. р-р) получают соединительный слой кремниевой пленки (двуокись кремния SiO₂) на контактирующей поверхности. После чего нагревают до Т=80^oC и выдерживают в течение 24 часов.

Осуществляют посадку на оптический контакт (ОК) пластины c промежуточным кольцом.

После посадки на ОК пластины подвергают термообработке, углублению оптического контакта, т.е. посадке на ГОК. Термообработку пластин проводят в термостате с автоматическим электронным потенциометром с возможностью плавного регулирования температуры нагрева по наружному режиму от 0 до 250^oC в течение 8 часов со скоростью изменения режима V = 20/час. Скорость изменения температурного режима подбирают и отрабатывают в зависимости от данного конкретного соотношения оптического соединения (т.е. объема изделия и нулевой разности коэффициентов линейного расширения соединяемых материалов).

Промежуточное кольцо обрабатывают под посадку на ОК с другой пластиной: а) шлифовка с чистотой RZ 0,63; б) полировка с чистотой RZ 0,05 до размера 0,5 мм с неплоскостностью N= 0,1, N=0,05 по оптическому классу P = 3; в) клиновидность кольца Q = 3 (0,0014 мм).

Осуществляют химическое травление пластины в азотной кислоте HNO₃ (0,5 н. р-р) с образованием соединительной кремниевой пленки (двуокись кремния SiO₂) на контактирующей поверхности. Посадка на ОК пластины с промежуточным, обработанным в размер 1 мм кольцом.

Дальнейшее углубление контакта всего пакета путем термообработки методом ГОКа. Термообработку пластин проводят в термостате с автоматическим электронным потенциометром с возможностью плавного регулирования температуры нагрева по нужному режиму от 0 до 250^oC в течение 8 часов со скоростью изменения режима V = 20/час.

Контроль качества прецизионного соединения пакета оптических пластин (кюветы) по клиновидности осуществляют автоколлиматором и по неплоcкоcтноcти - интерферометрия по интеренференционной картине поверхности. Неплоскостность поверхностей составила N = 0,05-0,1 кольца Ньютона, N = 0,05 кольца Ньютона. Клиновидность пакета составила Q = 3-5.

Предложенный способ обеспечивает возможность изготовления прецизионной оптической кюветы для фототропного затвора.

Получена кювета с высокой точностью поверхностей по клиновидности и неплоскостности. Улучшены условия безопасности работы персонала с кюветой, увеличен срок службы кюветы. Линейные потери энергии лазерного изучения при прохождении через слой рабочей жидкости в кювете уменьшились в 1,5 раза.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из оптического стекла путем соединения нескольких деталей оптическим контактом и последующей термообработки, отличающийся тем, что соединение деталей осуществляют через промежуточный элемент, который соединяют с одной из деталей, обрабатывают до толщины в соотношении к наружному размеру элемента 1/100 - 1/200 и соединяют со следующей деталью.