一种微型化激光陀螺反射镜连接方法与流程

1.本发明属于激光陀螺制造技术领域，涉及一种微型化激光陀螺反射镜连接方法。


背景技术：

2.激光陀螺是一种高精度、高可靠、长寿命的惯性仪表，广泛用于运载火箭、卫星飞船、导弹武器、航空飞机、潜艇舰船等领域。
3.随着激光陀螺体积重要要求的不断减小，反射镜与微晶玻璃腔体的连接成为一个难题。这是因为玻璃反射镜与微晶玻璃腔体之间采用的是基于分子作用力的光胶技术，随着陀螺体积的减小，光胶粘接面积大幅度下降，不能适应微型激光陀螺高动态、强振动的应用。
4.现有的专利和文献涉及这方面的解决技术措施，通常是将采用玻璃粉体的烧熔技术连接，由于超低膨胀的微晶玻璃无法烧熔，只能改为高膨胀bk7的玻璃，通过玻璃粉体烧融技术将反射镜与玻璃腔体进行连接。采用bk7玻璃作为激光陀螺的基体材质，显然大大降低了陀螺仪的温度性能。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明的第一方面提出了一种微型化激光陀螺反射镜连接方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，将反射镜镜片的光胶连接区域和激光陀螺谐振腔的气密面做抛光处理，所述抛光处理是对所述反射镜镜片的光胶连接区域和激光陀螺谐振腔的气密面做高精度抛光；所述高精度抛光达到如下要求：面粗糙度≤0.025um，面形误差≤0.06um；步骤2，对完成抛光处理的反射镜镜片和激光陀螺谐振腔的气密面执行化学清洗，反射镜镜片和激光陀螺谐振腔完成化学清洗后做干燥处理；步骤3，将完成步骤2的所述反射镜镜片放入专用工装内，然后置于真空等离子设备内进行等离子清洗；将等离子清洗后的所述反射镜镜片保存于干燥环境下；使用真空等离子设备将完成步骤2的激光陀螺谐振腔进行等离子清洗； 步骤4，取出干燥保存的所述反射镜镜片，使用光胶连接方式固定连接在经等离子清洗后的所述激光陀螺谐振腔的气密面上，光胶连接时维持压力：5～10牛，压力连接时间为：10～30秒；步骤5，将完成步骤4的所述激光陀螺谐振腔的外表面用乙醇清洁，然后将所述激光陀螺谐振腔放入真空烘箱内，在预定温度下烘烤预定时间长度；烘烤之后按照预定的降温速率执行退火处理。
6.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述反射镜镜片为方形，反射镜镜面的中央为反射镜的圆形光学膜区，所述圆形光学膜区的直径尺寸与激光陀螺谐振腔的光腔的直径匹配；圆形光学膜区外围是环形隔离区；隔离区之外是所述光胶连接区域。
7.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述反射镜镜片为平面反射镜。
8.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述专用工装的材质为玻璃或不锈钢。
9.如本发明的第一方面提出的所述方法，干燥后的所述反射镜镜片储存时间在5小时以内，储存时间超过5小时的所述反射镜镜片须重新执行步骤3中的等离子清洗。
10.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述真空等离子设备的工艺气体为氩气和氧气的混合气体，其中，氩气与氧气比例为：10:1到1:1。
11.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述氩气和氧气的混合气体比例：5:1。
12.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述真空烘箱烘烤的预定温度为：120～450℃，所述烘烤的预定时间长度为：5～72小时；所述真空烘箱的预定的降温速率为：0.1～1℃/分钟。
13.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述真空烘箱的烘烤温度为300℃，烘烤时间48小时；所述真空烘箱的降温速率为0.1℃/分钟。
14.本发明的所述方形反射镜镜片还可以改变为如下形式：所述反射镜镜面的中央为反射镜的圆形光学膜区，所述圆形光学膜区的直径尺寸与激光陀螺谐振腔的光腔的直径匹配；在所述圆形光学膜区周边刻蚀出一个环形凹槽作为隔离区，所述环形凹槽用于隔离所述圆形光学膜区和所述光胶连接区域。
15.采用本发明的方法，本发明使用方形反射镜镜片，该镜片的形状与激光陀螺腔体的气密面形状匹配，比现有技术所使用的圆形反射镜镜片的光胶粘接面积增大30%以上。特别是在增加等离子真空清洗措施后，方形反射镜镜片与气密面的光胶连接强度比原来的圆型镜片提高了2倍以上，剪切强度达到了15mpa以上；本发明对其他种类的激光陀螺同样具有很好的适应性。
附图说明
16.图1为本发明的微型激光陀螺腔体示意图；图2为本发明的激光陀螺反射镜的光学膜面形状图，a为正视图，b为横向剖面图；图3为本发明的另一种激光陀螺反射镜的光学膜面形状图，a为正视图，b为横向剖面图。
17.其中，1.激光陀螺谐振腔，2.细长孔，3.激光陀螺谐振腔的气密面，4.
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反射镜的圆形光学膜区，
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5a.
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反射镜背面的环形凹槽，5b.
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反射镜光学膜面的环形凹槽。
具体实施方式
18.本发明提供了一种微型化激光陀螺反射镜高可靠连接技术，适用于微型激光陀螺的高可靠、长寿命和规模化批产应用。
19.本发明的技术解决问题是：克服现有激光陀螺采用圆形镜片时气密面小，连接强度偏低，气密可靠性差的风险，提供一种方形设计为基础的镜片，从而使得气密面的光胶面积增大30%，所述方形反射镜的形状如图2所示。其次采用一种等离子活化处理技术，增强光胶面的表面活性，最后采用一种热真空处理技术，促进光胶界面的分子连接和相互融合，大大提高反射镜与激光陀螺谐振腔的连接强度，确保了激光陀螺仪在强振动和冲击环境下的可靠性。
20.本发明提供一种方形设计为基础的反射镜镜片连接方法以及一种反射镜镜片等离子处理及热真空处理技术，用于提升光胶连接强度的技术。
21.以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
22.激光陀螺的结构图如附图1所示，包括扁平矩形形状的激光陀螺谐振腔1，在激光陀螺谐振腔1内部制作激光光腔的细长孔2，在激光陀螺谐振腔1的四个顶角做出切角，该切角达到用作激光光腔的细长孔2的孔径中心，在这个切角位置粘接反射镜，使得激光光束在用作激光光腔的细长孔2内环行传输。显而易见的是，由于激光陀螺谐振腔1是扁平矩形形状，所述切角的断面必然是长方形形状，这个长方形的断面整体用于做粘接反射镜的激光陀螺谐振腔的气密面3。
23.为解决上述技术问题，本发明的第一方面提出了一种微型化激光陀螺反射镜连接方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，将反射镜镜片的光胶连接区域和激光陀螺谐振腔的气密面3做抛光处理，所述抛光处理是对所述反射镜镜片的光胶连接区域和激光陀螺谐振腔的气密面3做高精度抛光；所述高精度抛光达到如下要求：面粗糙度≤0.025um，面形误差≤0.06um；步骤2，对完成抛光处理的反射镜镜片和激光陀螺谐振腔的气密面3执行化学清洗，反射镜镜片和激光陀螺谐振腔1完成化学清洗后做干燥处理；步骤3，将完成步骤2的所述反射镜镜片放入专用工装内，然后置于真空等离子设备内进行等离子清洗；将等离子清洗后的所述反射镜镜片保存于干燥环境下；使用真空等离子设备将完成步骤2的激光陀螺谐振腔1进行等离子清洗；步骤4，取出干燥保存的所述反射镜镜片，使用光胶连接方式固定连接在经等离子清洗后的所述激光陀螺谐振腔的气密面3上，光胶连接时维持压力：5～10牛，压力连接时间为：10～30秒；步骤5，将完成步骤4的所述激光陀螺谐振腔1的外表面用乙醇清洁，然后将所述激光陀螺谐振腔1放入真空烘箱内，在预定温度下烘烤预定时间长度；烘烤之后按照预定的降温速率执行退火处理。
24.在常规圆形反射镜镜片设计的基础上，本发明采用与激光陀螺的腔体密封面形状几乎相同的方形反射镜镜片设计。方形反射镜镜片的缺点是没办法旋转调节，以寻找散射最好的方向，但是在目前工艺水平下，激光陀螺对精度要求并不严格，综合来说方形反射镜镜片是最好的选择。
25.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述反射镜镜片为方形，反射镜镜面的中央为反射镜的圆形光学膜区4，所述反射镜的圆形光学膜区4的直径尺寸与激光陀螺谐振腔1的光腔的直径匹配；所述反射镜的圆形光学膜区4外围是环形隔离区；隔离区之外是所述光胶连接区域。该反射镜的外形及剖面图如图2所示，所述反射镜镜片为方形平面镜片，中央为反射镜的圆形光学膜区4，光学膜的直径尺寸是与激光陀螺谐振腔1内细长孔2直径匹配的圆形形状。
26.另一种方形反射镜镜片如图3所示，所述反射镜镜片为方形，所述反射镜镜面的中央为反射镜的圆形光学膜区4，所述反射镜的圆形光学膜区4的直径尺寸与激光陀螺谐振腔1的光腔的直径匹配；光学膜区周边刻蚀出一个反射镜光学膜面的环形凹槽5b作为隔离区，
所述反射镜光学膜面的环形凹槽5b用于隔离所述反射镜的圆形光学膜区4和所述光胶连接区域。
27.所述方形反射镜镜片为方形的平面镜片，其中，镜片中央为反射镜的圆形光学膜区4，光学膜的直径尺寸与激光陀螺谐振腔1内细长孔2直径匹配；光学膜区周边刻蚀出一个反射镜光学膜面的环形凹槽5b，凹槽区外是用于光胶的区域。所述反射镜光学膜面的环形凹槽5b用于防止污染光学膜区。同时，如图3的横向剖面图所示，这种方形反射镜镜片的正面和背面分别刻有两个凹槽，反射镜背面的环形凹槽5a及反射镜光学膜面的环形凹槽5b，其中，所述方形反射镜正面的反射镜光学膜面的环形凹槽5b深度更大，所述方形反射镜背面的环形凹槽5a深度较浅，使得所述方形反射镜镜片能够在外力作用下发生小尺寸的形变，用于调谐激光器的激光振荡状态。
28.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述反射镜镜片为平面反射镜。
29.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述专用工装的材质为玻璃或不锈钢。
30.如本发明的第一方面提出的所述方法，干燥后的所述反射镜镜片储存时间在5小时以内，储存时间超过5小时的所述反射镜镜片须重新执行步骤3中的等离子清洗。
31.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述真空等离子设备的工艺气体为氩气和氧气的混合气体，其中，氩气与氧气比例为：10:1到1:1。
32.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述氩气和氧气的混合气体比例：5:1。
33.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述真空烘箱的烘烤温度为：120～450℃，所述预定烘烤时间为：5～72小时；所述真空烘箱在烘烤降温时的降温速率为：0.1～1℃/分钟。
34.如本发明的第一方面提出的所述方法，所述真空烘箱的烘烤时间为300℃，烘烤时间48小时；所述真空烘箱在烘烤降温时的降温速率为0.1℃/分钟。
35.实施例1.抛光好的反射镜镜片经过化学清洗并干燥后，放入专用工装内进行等离子清洗，专用工装的材质为玻璃或不锈钢。等离子清洗采用真空等离子清洗方式，工艺气体为氩气和氧气的混合清洗，其中氩气氧气比例可以在10:1到1:1之间灵活选择，典型的清洗比例为5:1。清洗时间在5～60分钟之间灵活选择，典型的清洗时间为20分钟，装配后的激光陀螺谐振腔1用乙醇搽干净上下表面，放入真空烘箱内高温烘烤，烘烤温度在120~450℃灵活选取，典型的烘烤时间为300℃。烘烤时间在5~72小时之间灵活选取，典型的烘烤时间为48小时。烘烤降温中的退火速率是一个关键参数，不合适的退火速率将显著影响微晶玻璃的膨胀系数，通常可在0.1~1℃/分钟之间选取，典型的退火速率为0.1℃/分钟。
36.最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。