[发明专利]一种基于光场耦合的超薄激光晶体化学机械抛光液及其制备、抛光方法

说明书

本发明提供了一种基于光场耦合的超薄激光晶体化学机械抛光液及其制备、抛光方法。所使用的抛光液包含A、B两组分，A组分由氧化剂、磨料、分散剂和去离子水构成，B组分由紫外光光催化剂和去离子水构成。实验设置表现为抛光盘转速60‑80r/min，抛光压力20‑40KPa，抛光液流速6‑10ml/min，紫外光照射，A、B组分以相同流速滴加到抛光垫上。经此抛光方法加工后的激光晶体，表面粗糙度为Ra0.15‑0.3nm，面型精度PV值为λ/7(λ＝632.8nm)，材料去除率可达26nm/min，加工后的晶体表面无划痕及明显损伤，能够实现激光晶体的高效高质加工。相比传统硅溶胶化学机械抛光，晶体表面粗糙度有所降低，面型精度得到提升，加工效率提升2倍以上，能够有效缩短工时。

技术领域

本发明属于超薄激光晶体超精密加工领域，涉及到一种基于光场耦合的超薄激光晶体化学机械抛光液及其制备、抛光方法。

背景技术

激光晶体因其热导率高、物理化学性质稳定且光学性能优异，成为固体激光器中应用最广泛的激光增益介质之一。随着激光技术的不断发展，对激光增益介质的表面质量提出了更高的要求，介质的表面质量将直接影响固体激光器的寿命及性能，因此实现激光晶体的高效超精密加工具有重要意义。

化学机械抛光属于化学和机械作用相结合的技术，被认为是唯一一种能够实现加工工件表面全局平坦化和原子级去除的超精密加工方法。其基本原理为：工件表面与抛光液中的氧化剂或催化剂等发生化学反应，生成一层相对较软的中间产物，在磨粒及抛光垫的共同作用下去除软质层，进而获得光滑表面。

目前，超薄激光晶体化学机械抛光工艺普遍采用Al₂O₃硬磨料或硅溶胶软磨料进行抛光，前者存在表面加工质量较差、亚表面损伤严重等问题，后者存在加工效率低、面型精度较差等问题。超薄激光晶体刚性较弱，过长加工时长容易造成晶片加工应力的累积，最终致使形变的产生。同时，晶片面型精度PV值可直接作用于增益介质的光学性能。因此，研发一种高效高质量的激光晶体化学机械抛光方法，对于降低激光晶体加工成本、提升激光器的性能具有重要作用。

发明内容

为解决激光晶体传统化学机械抛光方法存在的抛光液种类单一、加工质量差、加工效率低、面型精度差等问题，本发明提供了一种基于光场耦合的超薄激光晶体化学机械抛光液及其制备、抛光方法，实现了超薄激光晶体的高效高质量加工。本发明采用的技术手段如下：

一种基于光场耦合的超薄激光晶体化学机械抛光液，包括氧化剂、光催化剂、磨料、分散剂和去离子水；抛光液A组分由氧化剂、磨料、分散剂和去离子水混合后搅拌均匀而成；抛光液B组分由光催化剂和去离子水混合后搅拌均匀而成，抛光液A组分中，氧化剂的浓度为0.0025～0.04g/ml，磨料浓度为0.04～0.10g/ml，粒径为0.03～0.3μm，分散剂浓度为0.5～1.5g/L；B组分中：紫外光光催化剂浓度为0.08～0.16g/L

进一步地，所述氧化剂为过硫酸氢钾或过二硫酸钾，氧化剂浓度为0.01g/ml。

进一步地，所述磨料为二氧化硅、氧化铈、氧化锆、氧化铝中的一种或几种。

进一步地，所述磨料为氧化锆，所述氧化锆浓度优选为0.08g/ml，氧化锆平均粒径为0.08μm。

进一步地，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇硫酸钠中的一种或几种。

进一步地，所述紫外光光催化剂为铁酸锰、铁酸钴、二氧化钛、石墨烯中的一种或几种。

进一步地，A、B两组分以相同流速同时滴加适用于激光晶体的最终加工阶段，抛光液流量为6～10ml/min。

本发明还公开了一种基于光场耦合的超薄激光晶体化学机械抛光液的制备方法，包括如下步骤：