高精度分光组合棱镜的加工方法、加工工装及光分路器与流程

1.本发明涉及光学棱镜加工领域，具体涉及高精度分光组合棱镜的加工方法、加工工装及光分路器。


背景技术：

2.随着激光和光纤相关技术快速发展，激光器相关产品日渐成熟、商用化程度不断提高。越来越多的产品需要用到分光棱镜，传统的分光棱镜的加工方法多采用将两个玻璃基片镀膜后通过胶合在一起组成所需的分光路径，但光在棱镜的传输过程中，膜层会有一定的吸光造成光在传输过程中的损耗，且光从分光棱镜中出射光之间的平行度和折转光的角度的精度不高，射出的分光的平行度达不到要求，无法满足高精度分光设备的需要，亟需一种出射光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的高精度分光组合棱镜的加工方法和加工工装。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种出射光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的高精度分光组合棱镜的加工方法、加工工装及光分路器，该加工方法通过将多个光学基片组合成分光棱镜，并在出光位置采用镀不同分光比的分光膜，从而实现出射光的能量基本保持在一致的水平；根据干涉条纹的数量来确定光学基片的胶合位置，能够确保出射光平行度以及折转光的角度精度保持在规定的误差范围内；本技术设置的加工工装的夹具的定位精度高，加工工装通过光胶的方式进行固定，操作方便，加工精度高，以满足分光棱镜的角度加工精度的要求；光分路器包括通过本发明加工方法和加工工装加工而成的分光棱镜，该光分路器具有出射光的光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的优点。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案提供一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，分光组合棱镜由至少两个光学基片组成，分光组合棱镜的加工方法包括如下步骤：
5.s1：根据棱镜的出光位置确定光学基片的尺寸；
6.s2：抛光所述光学基片的两个端面；
7.s3：根据出光位置，在所述光学基片的一个端面上镀不同分光比的分光膜；
8.s4:将两个所述光学基片胶合，将一个光学基片镀分光膜的端面与另一个光学基片未镀膜分光膜的端面进行胶合，根据该位置处所述光学基片的干涉条纹确定胶合的位置；
9.s5:将胶合好的光学基片固定在加工工装上进行加工。
10.通过上述技术方案，该加工方法通过将多个光学基片组合成分光棱镜，并在出光位置采用镀不同分光比的分光膜，从而实现出射光的能量基本保持在一致的水平；根据干涉条纹的数量来确定光学基片的胶合位置，能够确保出射光平行度以及折转光的角度精度保持在规定的误差范围内；加工工装通过光胶的方式进行固定，操作方便，加工精度高，以
满足分光棱镜的角度加工精度的要求。
11.作为对上述技术方案的进一步改进，在步骤s3中，在最后一个出光位置上镀规定分光比的分光膜，所述出光位置的分光膜的分光比的数值从后往前依次递减，优选的，递减数值不超过规定数值的3％。
12.作为对上述技术方案的进一步改进，分光组合棱镜由4个光学基片组成，第一出光位置上的分光膜的分光比规定数值低3％，第二出光位置上的分光膜的分光比规定数值低1％，第三出光位置上的分光膜的分光比为规定数值。
13.作为对上述技术方案的进一步改进，在步骤s4中，根据公式(1)计算胶合位置的干涉条纹数量；
[0014][0015]
其中，p代表两光学基片之间的平行度；
[0016]
n代表干涉条纹数；
[0017]
d代表光学基片尺寸。
[0018]
作为对上述技术方案的进一步改进，在步骤s4中，胶合后基片面的平行度p≤5
″
。
[0019]
作为对上述技术方案的进一步改进，步骤s5中，先将加工工装进行抛光处理，然后将胶合好的光学基片通过光胶的方式固定在加工工装上的工位上。
[0020]
作为对上述技术方案的进一步改进，加工工装为加工45度斜面的组合棱镜的夹具工装。
[0021]
同时本发明还提供一种高精度的分光组合棱镜的加工工装，加工工装适用于上述技术方案中任一个的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法中，加工工装包括垫板、夹具，所述垫板的上端面抛光处理，所述夹具具有倾斜加工面，所述倾斜加工面抛光处理，所述夹具通过光胶的方式与所述垫板的上端面固定连接，所述倾斜加工面通过光胶的方式与待加工的分光组合棱镜固定连接。
[0022]
通过上述技术方案，该加工工装结构简单，无需进行设置另外的夹持部件，加工工装通过光胶的方式进行固定，操作方便且加工精度高，以满足分光棱镜的角度加工精度的要求。
[0023]
作为对上述技术方案的进一步改进，倾斜加工面的倾斜角度为45度，加工工装的使用方法如下：步骤1：将待加工的分光组合棱镜光胶到夹具的倾斜加工面上；步骤2：将步骤1中的夹具通过光胶方式固定在垫板上；步骤3：加工完分光组合棱镜的第一加工面后翻转夹具，加工分光组合棱镜第二加工面；步骤4：待步骤3中的第二加工面加工完成后，将第一加工面作为基准面通过光胶方式固定在所述垫板上，并加工光组合棱镜的第三加工面；步骤5：待步骤4中的第三加工面加工完成后，将第二加工面作为基准面通过光胶方式固定在所述垫板上，并加工光组合棱镜的第四加工面。
[0024]
同时本发明还提供一种光分路器，光分路器包括分光棱镜，分光棱镜采用分光组合棱镜，分光组合棱镜采用上述技术方案的加工方法尔以及加工工装加工而成。
[0025]
通过上述技术方案，该光分路器包括通过本发明加工方法加工的分光棱镜光分路器，该光分路器具有出射光的光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的优点。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0027]
本技术提供一种出射光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的高精度分光组合棱镜的加工方法、加工工装及光分路器，该加工方法通过将多个光学基片组合成分光棱镜，并在出光位置采用镀不同分光比的分光膜，从而实现出射光的能量基本保持在一致的水平；根据干涉条纹的数量来确定光学基片的胶合位置，能够确保出射光平行度以及折转光的角度精度保持在规定的误差范围内；该加工工装结构简单，无需进行设置另外的夹持部件，加工工装通过光胶的方式进行固定，操作方便且加工精度高，以满足分光棱镜的角度加工精度的要求；本技术的光分路器包括通过本发明加工方法和加工工装加工而成的分光棱镜，该光分路器具有出射光的光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的优点。
附图说明
[0028]
图1为实施例一中高精度分光组合棱镜的结构示意图；
[0029]
图2为实施例一中高精度分光组合棱镜的加工方法的流程图；
[0030]
图3为实施例一中光学基片胶合状态顺序示意图，图(a)光学基片1与光学基片2胶接；图(b)光学基片3与光学基片4胶接；图(c)光学基片1、光学基片2、光学基片3、光学基片4胶接；图(d)分光组合棱镜最后胶接完成状态；
[0031]
图4为实施例二中加工工装的结构示意图；
[0032]
图5为实施例二中加工工装的加工方法的流程图；
[0033]
图6为实施例二中加工工装的加工状态顺序的示意图，图(a)加工分光组合棱镜的第一加工面；图(b)加工分光组合棱镜的第二加工面；图(c)加工分光组合棱镜的第三加工面；图(d)加工分光组合棱镜的第四加工面；
[0034]
图中：1、光学基片1；2、光学基片2；3、光学基片3；4、光学基片4；5、垫板；6、夹具；7、第一加工面；8、第二加工面；9、第三加工面；10、第四加工面；11、第一出光位置；12、第二出光位置；13、第三出光位置；14、倾斜加工面。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
实施例一：
[0037]
如图1-3所示，本实施例提供一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，如图1所示，分光组合棱镜由至少两个光学基片组成，分光组合棱镜的加工方法包括如下步骤：
[0038]
s1：根据分光棱镜的出光位置确定光学基片的尺寸；
[0039]
s2：抛光光学基片的两个端面；
[0040]
s3：根据出光位置，在光学基片的一个端面上镀不同分光比的分光膜；
[0041]
s4:将两个光学基片胶合，将一个光学基片镀分光膜的端面与另一个光学基片未镀膜分光膜的端面进行胶合，根据该位置处光学基片的干涉条纹确定胶合的位置；
[0042]
s5:将胶合好的光学基片固定在加工工装上进行加工。
[0043]
更具体的，本实施中的光学基片采用高透光材料k9制作而成，玻璃材料纯度达到99.9％，以减少光在传输过程中的损耗，使出光能达到更好的均匀性。
[0044]
在加工过程中，在步骤s1中，先根据分光棱镜的出光位置确定光学基片的尺寸；确定光学基片的尺寸后，在步骤s2中，把一定尺寸的光学基片毛料的两个端面都抛亮，优选的，端面抛光度达到光学通光级光洁度60/40；在步骤s3中，根据镀膜经验，光在玻璃材料传输中会有很小的吸光损耗，同光经过有镀膜的膜层时，膜层也会有一定的吸光，所以在镀膜过程中会根据光经过的光程远近的距离，根据出光位置，在光学基片的一个端面上镀不同分光比的分光膜；在步骤s4中，如图3所示，将两个光学基片胶合，利用激光平面干涉检测仪zygo看着干涉条纹来胶合镀好膜的光学基片，这时每个基片在检测仪上都能看到干涉条纹，将一个光学基片镀分光膜的端面与另一个光学基片未镀膜分光膜的端面进行胶合，根据该位置处的光学基片中观察到的干涉条纹，再通过检测仪把两两胶合好的基片胶合到一起，能够保证两光学基片之间的平行控制在固定的平行度误差范围内，依次类推，把另外一个镀了膜的和没镀膜光学基片通过检测仪两两胶合，然后再通过检测仪把两两胶合好的基片胶合到一起，这样就能保证得到平行性高的分光组合镜组。
[0045]
进一步，在一些实施例中，在步骤s3中，在最后一个出光位置上镀规定分光比的分光膜，所述出光位置的分光膜的分光比的数值从后往前依次递减，优选的，递减数值不超过规定数值的3％，例如分光组合棱镜由4个光学基片组成，4个光学基片的分光比分别为3:2:1:1,则在第一出光位置11镀相对于规定反光比低3％的分光膜，再往后依次增加分光膜的分光比，第二出光位置12镀相对于规定反光比低1％的分光膜，第三出光位置13就镀全反射的规定反光比的分光膜。
[0046]
进一步，在一些实施例中，在步骤s4中，根据公式(1)计算胶合位置的干涉条纹数量；
[0047][0048]
其中，p代表两光学基片之间的平行度；
[0049]
n代表干涉条纹数；
[0050]
d代表光学基片尺寸。
[0051]
优选的，根据产品要求，p为《5
″
,通过计算可以确定胶合的位置中两个光学基片的干涉条纹数量小于2条。
[0052]
进一步，在一些实施例中，步骤s5中，先将加工工装进行抛光处理，然后将胶合好的光学基片通过光胶的方式固定在加工工装上的工位上；其中，光胶方式就是利用抛光好的端面利用分子间的吸力牢牢的吸附在一起，由于是达到分子间的级别夹具和产品、垫板之间的间隙很小(几百纳米)，这也就保证加工的尺寸和角度的精度，满足加工出来的分光棱镜产品的角度精度控制在固定的范围内；优选的，加工工装为加工45度斜面的组合棱镜的夹具工装，通过上述方式固定加工的分光棱镜产品的角度精度控制在45
°±
规定平行度数值的规定范围内，例如45
°±5″
的规定范围内。
[0053]
实施例二：
[0054]
本实施例提供一种高精度的分光组合棱镜的加工工装，如图4-6所示，加工工装适
用于上述实施一中的高精度的分光组合棱镜的加工方法的技术方案中，加工工装包括垫板5、夹具6，垫板5的上端面抛光处理，夹具6具有倾斜加工面14，倾斜加工面14经过抛光处理，夹具6通过光胶的方式与垫板5的上端面固定连接，倾斜加工面14通过光胶的方式与待加工的分光组合棱镜固定连接；优选的，倾斜加工面14的倾斜角度为45度，光胶就是利用抛光好的玻璃利用分子间的吸力牢牢的吸附在一起，由于是达到分子间的级别夹具和产品、垫板之间的间隙很小(几百纳米)，这也保证加工的尺寸和角度精度很高，满足加工出来的45度产品的角度精度控制在45
°±
规定平行度数值的规定范围内，例如45
°±5″
的规定范围内。
[0055]
通过上述技术方案，该加工工装结构简单，无需进行设置另外的夹持部件，加工工装通过光胶的方式进行固定，操作方便且加工精度高，以满足分光棱镜的角度加工精度的要求。
[0056]
该加工工装的使用方法如下：
[0057]
步骤1：将待加工的分光组合棱镜光胶到夹具6的倾斜加工面14上；
[0058]
步骤2：将步骤1中的夹具通过光胶方式固定在垫板5上；
[0059]
步骤3：加工完分光组合棱镜的第一加工面7后翻转夹具6，加工分光组合棱镜第二加工面8，优选的，如图6所示，加工完分光组合棱镜的第一加工面7后可以向后翻转夹具6，使夹具6的倾斜加工面14的相对面与垫板5光胶固定；
[0060]
步骤4：待步骤3中的第二加工面8加工完成后，将第一加工面7作为基准面通过光胶方式固定在垫板5上，并加工光组合棱镜的第三加工面9；
[0061]
步骤5：待步骤4中的第三加工面9加工完成后，将第二加工面8作为基准面通过光胶方式固定在垫板5上，并加工光组合棱镜的第四加工面10。
[0062]
实施例三：
[0063]
本实施例提供一种光分路器，光分路器包括分光棱镜，分光棱镜采用分光组合棱镜，分光组合棱镜采用实施例一中加工方法尔以及实施例二中加工工装加工而成。
[0064]
通过上述技术方案，该光分路器包括通过本发明加工方法加工的分光棱镜光分路器，该光分路器具有出射光的光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的优点。
[0065]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，所述分光组合棱镜由至少两个光学基片组成，其特征在于，所述分光组合棱镜的加工方法包括如下步骤：s1：根据棱镜的出光位置确定光学基片的尺寸；s2：抛光所述光学基片的两个端面；s3：根据出光位置，在所述光学基片的一个端面上镀不同分光比的分光膜；s4:将两个所述光学基片胶合，将一个光学基片镀分光膜的端面与另一个光学基片未镀膜分光膜的端面进行胶合，用测角仪检测胶合后胶合的两面的平行；s5:将胶合好的光学基片固定在加工工装上进行加工。2.根据权利要求1所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，其特征在于，在步骤s3中，在最后一个出光位置上镀规定分光比的分光膜，所述出光位置的分光膜的分光比的数值从后往前依次递减。3.根据权利要求2所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，其特征在于，所述分光组合棱镜由4个光学基片组成，第一出光位置上的分光膜的分光比规定数值低3％，第二出光位置上的分光膜的分光比规定数值低1％，第三出光位置上的分光膜的分光比为规定数值。4.根据权利要求1所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，其特征在于，在步骤s4中，根据公式(1)计算胶合位置的干涉条纹数量；其中，p代表两光学基片之间的平行度；n代表干涉条纹数；d代表光学基片尺寸。5.根据权利要求4所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，其特征在于，在步骤s4中，胶合后基片面的平行度≤5
″
。6.根据权利要求1所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，其特征在于，步骤s5中，先将加工工装进行抛光处理，然后将胶合好的光学基片通过光胶的方式固定在加工工装上的工位上。7.根据权利要求6所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法，其特征在于，所述加工工装为加工45度斜面的组合棱镜的夹具工装。8.一种高精度的分光组合棱镜的加工工装，其特征在于，所述加工工装适用于上述权利要求1-7任一项所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法中，所述加工工装包括垫板、夹具，所述垫板的上端面抛光处理，所述夹具具有倾斜加工面，所述倾斜加工面抛光处理，所述夹具通过光胶的方式与所述垫板的上端面固定连接，所述倾斜加工面通过光胶的方式与待加工的分光组合棱镜固定连接。9.根据权利要求8所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工工装，其特征在于，所述倾斜加工面的倾斜角度为45度，所述加工工装的使用方法如下：步骤1：将待加工的分光组合棱镜光胶到夹具的倾斜加工面上；步骤2：将步骤1中的夹具通过光胶方式固定在垫板上；步骤3：加工完分光组合棱镜的第一加工面后翻转夹具，加工分光组合棱镜第二加工
面；步骤4：待步骤3中的第二加工面加工完成后，将第一加工面作为基准面通过光胶方式固定在所述垫板上，并加工光组合棱镜的第三加工面；步骤5：待步骤4中的第三加工面加工完成后，将第二加工面作为基准面通过光胶方式固定在所述垫板上，并加工光组合棱镜的第四加工面。10.一种光分路器，所述光分路器包括分光棱镜，其特征在于，所述分光棱镜采用分光组合棱镜，所述分光组合棱镜采用权利要求1-7任一项所述的一种高精度的分光组合棱镜的加工方法加工而成。

技术总结
本发明提供一种高精度分光组合棱镜的加工方法、加工工装及光分路器，该加工方法通过将多个光学基片组合成分光棱镜，并在出光位置采用镀不同分光比的分光膜，从而实现出射光的能量基本保持在一致的水平；根据干涉条纹的数量来确定光学基片的胶合位置，能够确保出射光平行度以及折转光的角度精度保持在规定的误差范围内；本申请设置的加工工装的夹具的定位精度高，加工工装通过光胶的方式进行固定，操作方便，加工精度高，以满足分光棱镜的角度加工精度的要求；光分路器包括通过本发明加工方法和加工工装加工而成的分光棱镜，该光分路器具有出射光的光平行度好、折转光的角度精度高且出射光的能量一致度好的优点。且出射光的能量一致度好的优点。且出射光的能量一致度好的优点。


技术研发人员：马千里 陈桥 余多金 李斌 许小强 刘朝旭
受保护的技术使用者：武汉优光科技有限责任公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/7/12