[发明专利]一种获取超光滑表面低亚表面损伤晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体超光滑精密加工方法，尤其是涉及一种获取超光滑表面低亚表面损伤晶体的方法。

背景技术

高能超短脉冲激光等技术除了要求诸如YCOB、KDP、LBO等晶体拥有良好的表面粗糙度以便于镀膜之外，在强激光入射时不能因晶体表面有划痕或沙眼等缺陷而造成对激光的吸收、散射。因此在保证晶体表面达到埃量级粗糙度之外，需要尽量控制晶体亚表面划痕的数量。这类晶体一般本身质地较软(莫氏硬度6.5左右)，传统的抛光方法很容易在晶体表面留下细小划痕或者仅仅具有光滑表面，但在表层之下的亚表层残留众多划痕损伤。目前国内并没有科研机构给出YCOB等类似晶体详尽的抛光工艺以及去除亚表面损伤划痕的方法。本发明针对国内目前现状提出一种晶体光学元件的超精密加工工艺，此研磨抛光工艺可以获得面型良好、具有超光滑表面以及极低亚表面损伤的精密晶体光学元件，同时还具有加工效率高、工艺稳定等优点。通过专门设计的夹具可以使本专利在传统双轴研抛机上实施后达到环抛水准，进而减少工艺成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、针对性强、可靠性高、加工效率高、便于推广的获取超光滑表面低亚表面损伤晶体的方法。

本发明在现有双轴研抛机或环抛机的条件下，设计一种获取超光滑表面低亚表面损伤晶体的方法。该方法可以通过适当调整应用于多种晶体的研磨抛光。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种获取超光滑表面低亚表面损伤晶体的方法，该方法包括以下步骤：

(1)研磨：使用规格为W1的碳化硼作为磨料在铸铁盘上对晶体进行研磨；

(2)粗抛：制备沥青盘并修正沥青盘面型、粗糙度后，使用粒径为1μm的氧化铈抛光液在沥青盘上对晶体进行机械抛光直到晶体表面粗糙度达到1nm或基本无划痕；

(3)刻蚀：将晶体表面浸入有机溶剂中，利用超声波清洗仪超声处理30-60秒，以去除晶体表面水解层，将填入晶体划痕缺陷中抛光粉或晶体粉末超声腐蚀掉；

(4)化学机械抛光：使用粒径为100nm的二氧化硅抛光液在聚氨酯抛光垫上对晶体抛光10～15分钟，在较短时间内去除残余微小划痕同时不影响晶体面型；

(5)检测：将晶体置于有机溶剂中超声清洗30-60秒，用高倍显微镜观察晶体表面形貌；

(6)若晶体表面无划痕，则获得具有超光滑表面低亚表面损伤的晶体；若晶体表面仍有划痕，重复步骤(2)～(5)，并将步骤(2)中粒径为1μm的氧化铈抛光液换成粒径为100-300nm的氧化铈抛光液。

步骤(1)所述的研磨的具体步骤包括：将晶体周围粘贴保护片，将晶体用石蜡固定在磨具上，然后用夹持工具夹持住晶体，在双轴精密精磨抛光机上使用规格为W1的碳化硼作为磨料，并配合铸铁盘对晶体进行研磨，快速将去除上一工序所带来的损伤层，使晶体表面具有良好面型，平整度达标。

步骤(2)所述的粗抛的温度为19.5～20.5℃，粗抛的时间为2～3小时。

在步骤(2)中晶体抛光的过程中，将粒径为1μm的氧化铈抛光液中氧化铈的质量分数由6％逐渐降到3％。

步骤(3)或步骤(5)所述的有机溶剂为六甲基二硅烷(简称Me6Si2，分子式为(CH₃)₃SiSi(CH₃)₃)。

步骤(3)所述的有机溶剂的温度为40～50℃。

步骤(4)所述的化学机械抛光采用双轴抛光机，该双轴抛光机的主轴转速为30转/分钟，双轴抛光机的摆轴转速为12转/分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、可在较短时间内加工出具有超光滑表面的晶体光学元件，同时具有极低的亚表面损伤以及良好的面型。此加工方法适用于获取极低亚表面损伤的精密晶体光学元件，在类似晶体研抛工艺上具有一定指导意义。

2、与现有技术相比，本发明操作简便，针对性强，可靠性高，适用于多种类似晶体研磨抛光，同时还具有加工效率高、工艺稳定等优点，便于推广。

3、通过专门设计的夹具可以使本专利在传统双轴研抛机上实施后达到环抛水准，进而减少工艺成本。

附图说明

图1为实施例1中YCOB晶体经过W1碳化硼铸铁盘研磨后光学显微镜下晶体表面形貌；

图2为实施例1中YCOB晶体经过1μm氧化铈抛光后光学显微镜下晶体表面形貌；