固体激光器晶体元件的精密加工

文章来源:MM《现代制造》 点击数:616 发布时间:2017-10-20
今天,激光器是工业领域所采用的最重要和最灵活的工具之一。在激光器的内部往往配备有一些高科技的元件,而制造此类元件则需要用到特殊的技术诀窍,正如固体激光器所用到的晶体的加工一样。
固体激光器晶体元件的精密加工

材料加工或医药与通信设备行业是当今优先应用激光技术的领域。自29年以来,HAM Kristall-Technologie公司为固体激光器开发出了创新型元件,例如激光器晶体、镜面、激光分配器和光学元件等。通过购置一套高度现代化的CNC镗磨加工中心,该企业可以更加高效地倾心于该高科技领域的工作。根据HAM公司的特别说法,HAM公司的用户清单就如同激光器制造厂商的名人录一样。

图1  激光晶体有着各种各样的大小和规格,唯有采用正确的技术诀窍和合适的设备,方可对之进行有针对性的加工

晶体加工的正确设备

在HAM公司客户群中有一些著名企业,如Trumpf、Rofin-Baasel Lasertech、Zeiss和Laser Components等。激光技术已经在众多工业行业里得到了成熟的应用,同时也简化了很多加工流程,专家们看到了巨大的发展潜力。在很多领域里,激光技术尚未得到开发,或者说尚未得到完全地开发。激光(光的受激辐射)的工作波长为250~11 000 nm。它可以实现切割、焊接、打标、镗孔和测量等功能,或者也可以被用作高精度的作业工具。除了固体激光器之外,还有二极管激光器(半导体激光器)、气体激光器、纤维激光器和颜料激光器。HAM公司为Nd:YAG、Er:YAG和NdYVO4等型号固体激光器加工晶体元件。

为了提高晶体加工的效益性,HAM公司投资购置了一套全新的带有超声波辅助功能的CNC五轴镗磨加工中心。该加工中心还设有全自动刀具更换功能,以实现极快的加工作业。由此也可以达到流程安全和无碎裂的镗孔、弧面的磨削、倒角和自由面的加工。加工可重复精度达到了2 µm以下的极高水平。由于设备上配备了装件功能,因此可以实现一个全自动的生产流程。

图2  带有Sauer Maschinenbau公司提供的超声波辅助装置的CNC五轴镗磨加工中心可以使HAM公司有能力对硬质材料进行加工

无中心化的加工工艺可以使激光棒达到最终尺寸

为了对激光晶体元件进行安全而高质量的加工,需要用到有一定深度的专业知识和具备繁琐的加工环境。“坯料”从1968℃熔化物的结晶核中生成,并由一根棒条进行拉伸,从这种结晶原料中产生激光棒。泥心孔钻头在原料棒材上进行钻孔,特殊的圆盘以无中心方法把棒材打磨到最终的直径数值。然后按照一定长度把棒材截短并在抛光机上进行校正,同时依据棒材的轴线对平面的直角性进行调整。高度现代化的设备对第一个平面进行研磨和抛光处理,采用光学显微镜对平面的粗糙度进行监控。HAM公司按照用户的要求对最终的表面进行涂层,并把成品送往质量部门进行严格的质量检验。

所提供的激光棒有各种不同的规格,其直径在1~14mm之间可选,长度为0.5~180mm。外壳面可接受细研磨或抛光,最终表面既可搭配平面,也可搭配曲面或角度。垂直度必须要优于五弧分的角度尺寸,最终表面的洁净度也必须要达到严格的S/D10/5的技术洁净度要求,而最终表面的平行度则必须优于10 arcsec。然后,HAM公司采用三种不同的方法对最终表面进行涂层。

图3  除了晶体元件之外,HAM公司也对激光技术方面的其他众多元件(如镜面、透镜或泵腔等)进行加工

除了激光晶体之外,HAM公司还加工激光技术方面的其他元件,例如泵腔、后视镜、输出耦合镜、透镜、光束分配器和流管等,红外互感器电屏也属于其供货范围。此外,该公司位于Schwendi-Hörenhausen的生产基地还采用各种不同的硬质材料生产出系列光学元件,所需的各种附件则由单晶石英、红宝石、蓝宝石和陶瓷构成。