[发明专利]一种在线可控式光学元件刻蚀装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件刻蚀装置，尤其是涉及可实现在光学元件刻蚀过程中，实时控制刻蚀液浓度并保证浓度均匀，温度恒定的一种在线可控式光学元件刻蚀装置。

背景技术

在现代激光技术的应用发展中，光学元件在其制造过程中形成的亚表层损伤是导致激光损伤的主要根源之一，定量确定光学材料亚表面损伤的深度及其分布对研究其损伤形成机理、优化加工参数有着极其重要的作用（李改灵,吴宇列,王卓.光学材料亚表面损伤深度破坏性测量技术的实验研究[J].航空精密制造技术,2006,42(6):19～22）。因此，光学元件亚表层的检测方法已成为光学加工领域的一个新的热点问题（庞云霞,杭凌侠,陈智利,马保吉.基于WLI原理K9基片的亚表层损伤检测[J].应用光学，2007,11(28):773～777）。

目前应用最广泛的光学元件亚表面损伤检测方法是化学刻蚀法。最原始的方法是对光学元件进行反复刻蚀，将每次刻蚀后的光学元件放在显微镜下观察，直至亚表面损伤消失不见，刻蚀掉的部分厚度即为亚表面损伤层的深度，该方法费时费力，且精确度不高。现在的化学刻蚀法演变为根据刻蚀过程中质量及厚度去除速率配合光学元件研磨和抛光加工机理，当去除速率保持恒定时直接测量出亚表面损伤厚度，该方法具有较大的研究指导意义。但是该方法要求刻蚀过程中刻蚀液浓度保持均匀恒定，且刻蚀环境温度恒定，保证数据的可比性和有效性。现有的实验设备难以满足实验要求，由于光学元件刻蚀液主要成分为氢氟酸，氢氟酸极易挥发且难以保证其水溶液处处浓度均匀，导致刻蚀后光学元件刻蚀表面不均匀且实验数据误差严重。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现在光学元件刻蚀过程中，实时控制刻蚀液浓度并保证浓度均匀，温度恒定的一种在线可控式光学元件刻蚀装置。

本发明设有缓冲液存储容器、刻蚀反应发生装置、伺服电机、密封盖、导管、可旋转多功能夹具、在线浓度计、恒温箱；不同的缓冲液存储容器内装不同的刻蚀溶液，缓冲液存储容器下端通过导管与密封盖相连，导管直接通入刻蚀反应发生装置中，导管中部设有开关，所述开关由计算机直接控制；伺服电机安装在密封盖中部，伺服电机与可旋转多功能夹具中轴相连；在线浓度计设在刻蚀反应发生装置外部下端，在线浓度计通过导线与计算机相连，刻蚀反应发生装置整体位于恒温箱中，由在线浓度计准确控制刻蚀反应发生装置内刻蚀液的浓度，可旋转多功能夹具实现光学元件的固定及刻蚀液的搅拌；可旋转多功能夹具设有竖直中轴、四对横向分支，四对横向分支均布在竖直中轴四周，四对横向分支内设有光学元件定位槽，竖直中轴上设有四条分支槽；每对横向分支一端伸入分支槽内部，并由可伸缩弹性圈相互固定，每对横向分支中的一个横向分支固定于分支槽底部，每对横向分支中的另一个横向分支沿分支槽上下移动。

本发明可保证光学元件在刻蚀过程中，刻蚀环境稳定，浓度及温度均一稳定，使实验数据具有可比性，实时控制刻蚀液浓度并保证溶液内部处处浓度均匀，本发明结构简单，便于操作，可有效提高实验效率及精度。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的可旋转多功能夹具结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明实施例由若干个缓冲液存储容器1、开关2、刻蚀反应发生装置3、伺服电机4、密封盖5、导管6、可旋转多功能夹具7、在线浓度计9、恒温箱10等组成。不同的缓冲液存储容器1内装不同的刻蚀溶液，缓冲液存储容器1下端通过导管6与密封盖5相连，导管6直接通入刻蚀反应发生装置3中，导管6中部设置开关2，开关2由计算机12直接控制，进而控制刻蚀反应发生装置3中缓冲液的添加；密封盖5中部安装伺服电机4，伺服电机4与可旋转多功能夹具7的中轴7-1相连。刻蚀反应发生装置3外部下端安置在线浓度计9，在线浓度计9通过导线11与计算机12相连，刻蚀反应发生装置3整体位于恒温箱10中。

对于不同的光学元件，应配制不同的刻蚀液，其中产生刻蚀作用的通常为一定浓度氢氟酸，还需要加入一定的缓冲剂以便反应顺利进行。例如，对K9玻璃，常用5mL20%氢氟酸+30mL60%硝酸+3mL99%醋酸作为刻蚀液，其中硝酸和醋酸为缓冲剂。对于JGS1及JGS2等光学元件，常用20mL10%氢氟酸+20mL40%盐酸+3mL99%醋酸作为刻蚀液。其中，氢氟酸极易挥发，实验过程中浓度逐渐下降，直接影响了实验的精确性和数据的可比性。