Способ соединения оптических деталей методом оптического контакта

Изобретение относится к способу соединения оптических деталей методом оптического контакта. Способ соединения оптических деталей включает чистку отполированных поверхностей оптических деталей, подлежащих соединению оптическим контактом, при этом перед соединением оптических деталей их предварительно охлаждают по отношению к температуре окружающего воздуха путем помещения деталей в широкую открытую принудительно обдуваемую наружным воздухом неглубокую емкость с низкокипящей жидкостью. Затем соединенные детали помещают в эксикатор не менее чем на 15 суток для удаления влаги, релаксации механических напряжений и вступления в силу сил межмолекулярного взаимодействия. Технический результат – повышение прочности соединения оптических деталей и облегчение проводимого процесса.

 

Предполагаемое изобретение относится к области технологии соединения оптических деталей методом оптического контакта и может найти применение для изготовления лазерных затворов, работающих на принципе нарушения полного внутреннего отражения, у которых соединяемые малоразмерные детали имеют поверхностный микрорельеф и незначительную площадь оптического контакта.

Известен способ соединения оптических поверхностей деталей методом оптического контакта в водной среде [1].

Роль воды в процессе соединения оптических поверхностей деталей методом оптического контакта хорошо изучена [1, 2].

Однако такой способ может быть осуществлен только при соединении сплошных поверхностей деталей. При соединении деталей, имеющих поверхностный микрорельеф, таких, как применяются в элементах внутрирезонаторного лазерного затвора, известный способ недопустим, поскольку влагу из полостей после соединения деталей оптическим контактом будет невозможно полностью удалить.

Известен способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа, включающий прием, активирующий поверхности, подлежащие соединению посредством струи плазмы [3].

Недостатком метода является необходимость использования узкоспециализированного несерийного оборудования, а также ограниченность применения для узкого сортамента деталей.

Известен способ соединения кристаллических деталей, в котором активирование соединяемых деталей производят химическим воздействием [4].

Недостатком способа применительно к решаемой задаче является применение ортофосфорной кислоты недопустимой для оптических свойств стекла лазерного применения.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является способ соединения оптических деталей методом оптического контакта [5], при котором хорошо отполированные поверхности, подлежащие соединению оптическим контактом, подвергают чистке батистовой салфеткой, смоченной спирто-эфирной смесью, и накладывают друг на друга. После сближения они соединяются за счет молекулярного сцепления.

К недостаткам известного способа можно отнести (непредсказуемое) неконтролируемое количество адсорбированной влаги на соединяемых поверхностях.

Основной задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение прочности соединения оптических деталей и облегчение проводимого процесса.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа, в котором, как и в прототипе, хорошо отполированные поверхности оптических деталей, подлежащие соединению оптическим контактом, подвергают чистке.

В отличие от прототипа перед соединением оптических деталей их предварительно охлаждают по отношению к температуре окружающего воздуха путем помещения деталей в широкую открытую принудительно обдуваемую наружным воздухом неглубокую емкость с низкокипящей жидкостью, например с ацетоном, после чего соединенные детали помещают в эксикатор на срок не менее 15 суток [6] для удаления излишней влаги, релаксации механических напряжений и вступления в силу сил межмолекулярного взаимодействия.

Сущность предлагаемого способа соединения оптических деталей методом оптического контакта заключается в том, что, благодаря предварительному охлаждению соединяемых оптических деталей по отношению к температуре окружающего воздуха путем помещения их в широкую открытую принудительно обдуваемую наружным воздухом неглубокую емкость с низкокипящей жидкостью, например с ацетоном, достигается формирование тонкого слоя атмосферной влаги и создание гидратированной поверхности, что облегчает первичное сцепление деталей.

Дальнейшее помещение деталей в эксикатор на срок не менее 15 суток [6] позволяет удалить излишнюю влагу, снять механические напряжения в стекле и увеличить силу межмолекулярного взаимодействия между поверхностями соединяемых деталей.

Таким образом, техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение прочности соединения оптических деталей и облегчение проводимого процесса.

Предлагаемый способ соединения оптических деталей методом оптического контакта осуществляется следующим образом.

Перед соединением отполированные и очищенные поверхности оптических деталей методом оптического контакта предварительно охлаждают по отношению к температуре окружающего воздуха.

Охлаждение поверхностей деталей на несколько градусов осуществляют путем помещения деталей в широкую открытую принудительно обдуваемую наружным воздухом неглубокую емкость с низкокипящей жидкостью, например с ацетоном.

После соединения оптическим контактом детали помещают в эксикатор не менее чем на 15 суток, для удаления (вытеснения) излишней влаги, релаксации механических напряжений и вступления в силу сил межмолекулярного взаимодействия.

Формирование тонкого слоя атмосферной влаги и создание гидратированной поверхности облегчает первичное сцепление деталей.

В результате применения описываемого способа процент выхода годных изделий возрос приблизительно с 20 до 80%. Снижение температуры соединяемых деталей по отношении к температуре окружающей среды, зафиксированное инфракрасным пирометром, составило 5 градусов, что обеспечило конденсацию пленки влаги, достаточной для гидратирования поверхностей и их легкого слипания. Выдержка в эксикаторе соединенных деталей не менее чем на 15 суток обеспечила релаксацию механических напряжений, что ликвидировало проблему микрорастрескивания стекла при деформациях во время работы изделия.

Таким образом, предлагаемый способ соединения оптических деталей методом оптического контакта позволил достичь повышение прочности соединения оптических деталей, облегчение проводимого процесса и снижение количества забракованных изделий.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. С.С. Качкин «Роль воды в бесклеевом соединении поверхностей неорганических диэлектриков». Оптический журнал т. 64 №7, Июль 1997, с. 51.

2. П.М. Елхин и др. «Роль адсорбированной воды в контактном взаимодействии полированных поверхностей оптического стекла». Физика и химия стекла т. 12 №5, 1986, с. 611.

3. Российская Федерация, патент на изобретение №2617697, МПК: Н05Н 1/00, 2017.

4. Российская Федерация, патент на изобретение №2560438, МПК: С03В 33/06; С03В 29/28; В82В 3/00; В82Y 30/00, 2015.

5. Справочник технолога-оптика. Под ред. М.А. Окатова. СПб.: Политехника, 2004. с. 614 - прототип.

6. С.С. Качкин, Г.В. Листратова, В.А. Рыжакова, «Влияние масштабного и временного факторов на механическую прочность оптического контакта» ОМП 1989, №2 с. 46-48.

Способ соединения оптических деталей методом оптического контакта, при котором хорошо отполированные поверхности оптических деталей, подлежащие соединению оптическим контактом, подвергают чистке, отличающийся тем, что перед соединением оптических деталей их предварительно охлаждают по отношению к температуре окружающего воздуха путем помещения деталей в широкую открытую принудительно обдуваемую наружным воздухом неглубокую емкость с низкокипящей жидкостью, после чего соединенные детали помещают в эксикатор не менее чем на 15 суток для удаления влаги, релаксации механических напряжений и вступления в силу сил межмолекулярного взаимодействия.