一种在线可控式光学元件刻蚀装置制造方法[0002]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?): 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)。[0003]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。
`[0004]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。[0005]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兀件定位槽，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。[0006]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。

[0007]图1为本发明实施例的整体结构示意图。
[0008]图2为本发明实施例的可旋转多功能夹具结构示意图。

[0009]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I内装不同的刻蚀溶液，缓冲液存储容器I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。
[0010]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JGSl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。
[0011]如图1所示，缓冲液存储容器I及刻蚀反应发生装置3为塑料制品，刻蚀液8通常为氢氟酸缓冲液。缓冲液存储容器内含四种不同缓冲液，分别装有氢氟酸、硝酸、盐酸、醋酸，根据所刻蚀的光学元件种类选择所需要的缓冲液。刻蚀反应发生装置3整体置于恒温箱10内，保证实验过程中刻蚀液8温度稳定，刻蚀反应发生装置3底部外侧安装在线浓度计9，在线浓度计9可在液体外部直接测量内部液体浓度，不用直接接触溶液本身。实验前先配制好一定量符合该光学元件刻蚀要求的刻蚀液并倒入刻蚀反应发生装置3中，并根据需要设置好计算机12控制参数。实验过程中，在线浓度计9实时检测刻蚀液8中各成分的浓度，尤其是氢氟酸的浓度，并将检测到的信号输入到输出执行元件，计算机获得信号后经过分析检测，与原定参数对比，直接控制开关2的开闭，开关2分别对应控制缓冲液存储容器I的开闭，实现各缓冲液的补给。同时，计算机屏幕上将显示各缓冲液的实时浓度。在氢氟酸或其他缓冲液浓度不达标时，由计算机12控制开启该缓冲液存储容器所对应的开关2进行缓冲液补给，保证刻蚀液8内各成分的浓度始终恒定。对于实验过程中不需要的缓冲液，可在实验开始前关闭计算机的控制通道，保证其常闭状态。同时，可根据所需刻蚀元件种类不同，修改缓冲液存储容器I内装的液体种类，并对应修改计算机12的内置参数。另外，密封盖5中部固定的伺服电机4在刻蚀过程中驱动可旋转多功能夹具7的旋转运动，实现光学元件7-6的固定及刻蚀液8的搅拌，保证刻蚀液8处处浓度均匀，可旋转多功能夹具7的在下文详述。[0012]对于不同尺寸的光学元件7-7，可沿分支槽7-3调节可移动横向分支7-2的位置，光学元件7-7固定于光学元件定位槽7-5中。在可伸缩弹性圈7-4的弹性作用下，调节可移动横向分支7-2与固定横向分支7-6至合适间距,进而调节光学元件定位槽7-5的相对位置，确保光学元件7-7的固定和夹紧。实验过程中，在伺服电机4的驱动下，可旋转多功能夹具7开始旋转，同时带动可移动横向分支7-2、固定横向分支7-6及光学元件7-7的旋转，可移动横向分支7-2、固定横向分支7-6同时充当搅拌棒功能,保证容器内刻蚀液8浓度均匀。
[0013]本发明由在线浓度计准确测量刻蚀反应发生装置内刻蚀液的实时浓度，将测得数据传入计算机中分析处理，由计算机直接控制缓冲液存储容器的开关从而对刻蚀反应发生装置进行缓冲液的添加，保证刻蚀过程中，刻蚀液浓度恒定。可旋转多功能夹具既有夹具功能又有搅拌器功能，可根据刻蚀元件的尺寸调节可移动横向分支和固定横向分支的间距，从而调节光学元件定位槽的 位置，实现不同尺寸元件的定位和夹紧功能。同时，伺服电机带动夹具中轴旋转，从而带动中轴上各横向分支旋转，对刻蚀液进行搅拌，保证刻蚀液处处浓度均匀。