[发明专利]一种钇铝石榴石晶体的损伤检测方法

说明书

本发明属于硬脆材料超精密加工领域，涉及一种钇铝石榴石晶体的损伤检测方法。利用磷酸对YAG晶体表面进行刻蚀，通过称重法计算刻蚀深度，以无机械加工损伤对比工件的刻蚀深度做归一化处理，绘制相对于无机械加工损伤工件刻蚀深度的倍数与相对保温时间的曲线图，获得损伤层完全去除的时间点，并计算该时刻刻蚀深度，得到损伤层厚度。该方法在测量YAG晶体的损伤层的过程中不会严重破坏晶体形状，同时具有操作简便、测量精度高等特点。

技术领域

本发明属于硬脆材料超精密加工领域，涉及一种硬脆性光学材料损伤层厚度的测量，尤其是涉及钇铝石榴石晶体的损伤层厚度测量方法。

背景技术

钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，简称YAG)激光器是现今最为常用的固态激光器。YAG晶体的化学式为Y₃A₁₅O₁₂，晶格常数为YAG晶体的立方结构有利于窄的荧光线宽，可以使激光器保持高增益和低阈值。YAG晶体的结构温度稳定性高，固相中没有转化。

随着固体激光的发展，对工作物质提出了高输出功率、高光束质量、高紧凑性和高稳定性的要求。当工作物质表面存在微小的缺陷时，因为光线的照射形成的折射和散射会使缺陷的影响放大，甚至影响泵浦腔的使用寿命。因此，无论是为了获得高质量的激光束，还是作为衬底在其表面生长其他材料，YAG晶体表面的加工质量都尤为重要。损伤深度是对YAG晶体表面质量的主要要求之一。

目前，鲜少有针对YAG晶体损伤检测的公开或授权专利。而对于硬脆材料的表面损伤检测，公告号为CN 101672625 B的专利《硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法》利用磁流变抛光加工出剖切平面，使用粗糙度测量工具对其进行扫描，测量平面上不同位置的粗糙度，以表面粗糙度的变化趋势间接标定光学材料亚表面的损伤层，测量了硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度。但是，该方法会对晶片的形状造成破坏。公告号为CN103017713 B的专利《光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法》利用化学腐蚀剂氢氟酸对光学元件的腐蚀性，通过对加工样件和基体样件进行同实验环境分步腐蚀，采用深度测量工具对腐蚀表面进行扫描，测量平面上标定区域的腐蚀深度，计算出其腐蚀速率。但是，氢氟酸不会与YAG晶体发生反应，并且采用深度测量工具对腐蚀表面进行扫描对检测设备要求高，因此，该方法并不适用于YAG晶体的损伤检测。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种YAG晶体的损伤检测方法，利用磷酸对YAG晶体表面进行刻蚀，通过称重法计算刻蚀深度，以无机械加工损伤对比工件的刻蚀深度做归一化处理，绘制相对于无机械加工损伤工件刻蚀深度的倍数与相对保温时间的曲线图，获得损伤层完全去除的时间点，并计算该时刻刻蚀深度，得到损伤层厚度。该方法在测量YAG晶体的损伤层的过程中不会严重破坏晶体形状，同时具有操作简便、测量精度高等特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钇铝石榴石晶体的损伤检测方法，包含以下步骤：

第一步，将加工得到的被检测工件YAG晶体置于化学反应釜中，并加入85％的磷酸，使YAG晶体与磷酸充分接触，密封反应釜并置于加热设备中。被检测工件为双面结构。

第二步，调节加热温度及保温时间。将工件置于180℃条件下保温进行刻蚀。刻蚀完成后室温冷却，称量并记录质量。

第三步，每片多次称量取平均值，通过称重法计算刻蚀深度，以无机械加工损伤对比工件的刻蚀深度做归一化处理。

第四步，重复步骤二、步骤三，绘制相对于无机械加工损伤工件刻蚀深度的倍数与相对保温时间的曲线图；根据刻蚀速度及损伤层厚度确定总刻蚀时间。

第五步，在曲线图中工件刻蚀速度与无机械加工损伤工件刻蚀速度相交点或斜率变为正数的转折点即为损伤层完全去除的时间点，将该时刻工件刻蚀深度之和除以2，即为单面的损伤层厚度。