07305928关志远光电生产实习报告

本科生实习报告书院系专业光信息科学与技术专业年级班级07级光信一班姓名关志远学号07305928实习单位激光加工室实习时间2010.7.5至2010.7.9指导教师曾长发等实习报告一．实习目的与任务：1.了解He-Ne激光器的工作原理；2.学习及掌握激光器各部件的制作工艺与技术；3.学习及掌握激光器的组装以及调试方法。二.实习内容:1．He-Ne激光管制作实习内容流程图：2．He-Ne激光器的基本结构：He-Ne气体激光器主要由He，Ne气体放电毛细管和光学谐振腔两部分组成，根据不同的使用要求,激光器的结构可分为下列几种形式：a．内腔式：放电毛细管与谐振腔反射镜联通在一起；b．半内腔式：放电毛细管与谐振腔的反射镜，一头是分开的（中间有窗片隔开），另一头则连通在一起；c．外腔式：放电毛细管与谐振腔反射镜完全分开，中间有布儒斯特窗片隔开。激光管的管壳及放电毛细管通常是采用膨胀系数较小的硬质硅酸盐玻璃制成。有时也采用膨胀系数极小的石英类玻璃材料，放电毛细管是一细长而笔直的厚壁玻璃毛细管，它是约束辉光放电的主要区域，即提供光振荡的激活介质的激发区。激光管的外套管壳主要是为了储气，如此可延长激光管的寿命，同时可容纳长而大的阴极，当然它还可以为毛细管起一个支撑作用。放电管的阳极一般用钨杆，阴极则用钨杆再接一个较大尺寸的金属圆筒，一般是用阴极溅射较小的金属材料，如钼，钽，铝及铝合金等金属箔片制成。阴极的结构一般做成与毛细管同轴的形式，也有单独做一个阴极泡接在放电管侧面，这样可以减轻阴极溅射物对窗片或反射镜的污染，有利于提高输出功率及延长寿命。在外腔式和半内腔式激光管中，放电管两端或一端用光学平行平晶窗片来封接，如图：封接的窗片表面的法线与毛细管夹角必须满足如下要求，即图中的tanθ=n，式中n为窗片材料的折射率，满足这一要求的θ角称为布儒斯特角，窗片必须按此角封接上去，这是因为，按照光的电磁理论，当光沿着毛细管轴方向传播通过布儒斯特窗片时，对于电矢量和入射面平行的偏振光将无损失地通过它，因此窗片界面对此偏振光不产生反射，这样一来，密封窗片一方面减少了电矢量与入射面平行的偏振光的反射损失，另一方面使电矢量和入射面垂直的偏振光的振荡受到抑制（因它有大的反射损失），结果激光束将以完全偏振的形式输出。在He-Ne激光管的外套管壳内充有一定比例的氦气和氖气。激光管两端的反射镜通常采用一个平面反射镜，一个是凹面反射镜组成光学谐振腔。反射镜一般是用光学玻璃（一般用光学玻璃）磨出光学平面，然后再其表面用真空镀膜技术镀上高反射率的多层介质膜，其中一个称为全反射镜，其反射率为99.5%以上（当然最好是100%但工艺上做不到），另一个称为输出镜（激光束从此镜输出），其反射率视激光管长短，增益损耗情况而定，一般也在97%～99%之间。作为完整的激光器还应包括供气体放电的电源供应器。3.He-Ne激光器生产工艺：我们知道，气体激光器是电真空器件，器件里面充有低气压的激活介质（工作气体），所充气体的成分应该是稳定的最佳值。如果气体的各成分的比例改变了，或渗漏和放出有非工作气体，那激光器件会造成光谱分散能量不集中，而造成其性能下降甚至不产生激光。严重影响器件的寿命，激光器件中真空情况的改变，是多种多样的原因造成的。譬如抽气不彻底，工作时由于温度升高导致材料放气，电子或离子轰击电极或其他材料造成的放气，管子慢性漏气等等，都是常见的原因。要制造长寿命，高可靠，各种电参量都很稳定的激光器件，就必须从原材料的选择，零部件的加工及处理，电极的装配，直到最后的排气及充气，封口，都必须从真空技术的角度来严格要求。气体激光器件的排与充气式最重要的一道真空加工工序。这时要在不断抽气下进行玻壳烘烤除气，电极高频加热除气或电子轰击除气。排气过程一般来说，以真空系统的真空度越高，抽气速率越大越好，以无油系统比有油系统好。气体激光器有一定的充气及特性测试等步骤。从以上讨论，充分说明气体激光器的制造渗透着真空技术问题。在真空技术问题未能顺利解决时，往往影响气体激光器件的正常生产。He-Ne激光器生产工艺是保证制造出来的激光器合乎激光器的设计要求（如模式，输出功率，功率稳定性，光斑尺寸，发散角，偏振度等）及激光器的寿命。因此，在制造激光器的过程中必须严格按照每一项工艺程序要求进行。4.全外腔，半内腔气体激光器的调试：一般来说，输出功率较小的气体激光器都做成全内腔式的激光器，这样使用起来很方便。然而，输出功率较大的气体激光器（如大于30mw的He-Ne激光器，大于500mw的激光器和白激光器等），就不能做成全内腔式的激光器。因为，输出功率较大的气体激光器做得较长（一般大于800mm），因此激光器壳体受温度或机械振动的影响变形较大，从而破坏了谐振腔的最佳振荡条件，导致激光输出减弱甚至不能输出激光。若采用全外腔形式的激光器就可以通过对谐振腔的调试来恢复最佳振荡条件，使激光器有正常的激光输出。全外腔和半内腔气体激光器的调试原理很简单，就是要使激光器的放电毛细管与谐振腔镜面的垂直度要＜1′以下，谐振腔两镜面的平行度＜10″以下。一般有如下两种调试方法：（1）用一激光束作为基准线，首先使这激光束正中穿过一个靶的小孔和待调试的激光器的放电毛细管中心，然后放上谐振腔的其中一片（一般为平面输出镜）反射镜对准激光束，调节放有反射镜的三维调节架上的测微螺旋钮，使基准激光束穿过放电毛细管和靶点小孔原路返回（这时表示反射镜面已与激光器的放电毛细管垂直）。继而再放上谐振腔的另一片（一般为凹面全反镜）反射镜对准激光束，同样调节调节架上的测微螺旋钮，使基准激光束穿过靶的小孔原路返回（这时表示此反射镜面也已与放电毛细管垂直），最后接通待调试激光器的电源，点亮激光器。若上述的调节精度够的话，则有激光输出，再微调一下两端调节架上的测微螺旋钮，使激光输出最大。若没有激光输出，可以小心的微调一下其中一端调节架上的测微螺旋钮，若还没有激光输出，则需按上述方法重新调试。（2）用以灯泡发出的光作为基准，首先在待调试激光器的一端放一点亮的灯泡，在另一端通过放电毛细管看点亮的灯泡的灯丝，若看不到，则移动灯泡直至看到为止。然后再看到灯丝的一端放上中间有小孔的靶，通过小孔并移动靶的上下左右位置看到点亮的灯泡的灯丝。继而在靶与待调试激光器一端的中间放上谐振腔的反射镜，调节放有反射镜的三维调节架上的测微螺旋钮，通过靶的小孔看谐振腔反射镜内靶的像与靶的小孔重合。再后把点亮的灯泡放在待调试激光器另一端，重复以上的操作，最后接通待调试激光器的电源，点亮激光器。若上述的调节精度够的话，则有激光输出，再微调一下两端调节架上的测微螺旋钮，使激光输出最大。若没有激光输出，可以小心的微调一下其中一端调节架上的测微螺旋钮，若还没有激光输出，则需按上述方法重新调试。5.玻璃烧制的方法及其在氦氖激光器制造中的应用：玻璃的形成剂包括二氧化硅、硼酐、二氧化锗、五氧化二砷、五氧化二鍗、五氧化二钒、三氧化二磷、五氧化二磷等等，它们本身在一定范围内形成被璃。玻璃吹制工作台是工作室中的主要设备，它的布置应当注意考虑，使操作时便利，要使工作者手执长玻管的时候，至少在两个方向上有自由活动的余地。接着谈一下玻璃吹制的基本技术，任何复杂的玻璃仪器都是以基本的吹制技术为某础的。因此，在学习基本吹制技术时应该十分具有耐心，严格要求能正确地完成每一步的操作。只有这样，才可能迅速而稳固地掌握各种复杂的技术。玻璃吹制的基本技术大致包括下列各内容(1)玻管的测量与选择；(2)玻管的割切；(3)玻璃的加热与退火；(4)拉尾管；(5)对接；(6)侧接；(7)圆底封闭及吹泡；(8)末端开口及张喇叭；(9)喇叭口的封接；。(10)弯管；(11)螺旋；(12)橡皮管接嘴；(13)环形封闭；(14)闭合管路；(15)用手喷灯封接系统。在玻管的测量与选择过程中，波管通常是由玻璃制造厂用机器或手工方法拉制而成。虽然各厂在产品出厂前都要经过检验，但是这种检验都不甚严格。因而，在选用玻管预备加工时，还应进行一些必要的检验与量度，以免因所用玻管不合要求，造成工时、材料等的浪费。破管的缺陷无法完全避免，尺寸也不可能完全准确，但是在选择时，仍应该尽量采用其缺陷与尺寸误差不致影响成品性能的玻管来进行加工。玻管的主要缺陷通常即可用肉眼加以检验，尺寸则用各种量具来量测。玻管的缺陷主要就是指玻璃的物理和化学性质在某些部分的不均匀性。大多是由于熔制玻璃时没有很好地遵守工艺规程，或玻璃熔炉材料不良等原因所造成的。这些缺陷大致可分成三类：(1)气态内结(如气泡、小米粒等)这是最常见的玻璃缺陷，对玻璃吹制工作也是最为不利。它主要是因在熔制玻浆时，原料中间的空气、表面吸附的空气或化学反应时生成的气体等留在玻璃内部而形成的。内结的大小可自数百分之一毫米至数毫米，形状亦殊不一致——有圆形、椭圆形等。气泡中所含气体种类也很多，最常见的有氧气、一氧化碳、二氧化碳或水汽等。在进行玻璃吹制时，气泡中的气体受热膨胀，常冲破软化的玻璃，形成一个凹洞甚至使玻璃穿透。如用有气态内结的玻管进行相互封接，则在封接处常可发现一些下陷的细孔，这些细孔不仅将减弱封接的强度，而且可能造成漏气。(2)液态内结若在熔制时，加热搅拌不匀，则在玻璃中可能出现波浪式的带状、线状或层状纹。这种纹通常又称为玻璃的液态内结。一般地说，液态内结会使玻璃的强度减低。然而，完全不具有纹的玻管几乎是没有的。如过纹过大，由于加热时容易裂开，因而加工处理较为困难。(3)固态内结(如砂石、粉料石及沫子等)固态内结是具有不同形状与颜色的一些固体夹杂物所形成的．其大小可由勉强被察见直至几厘米。这种内结不仅会影响玻璃的外观（如均匀的透明度与光泽等)，而且会降低玻璃的强度。由于固体内结物质与玻璃的膨胀系数不同，在加热或冷却时，两者之间常形成内应力，而使玻璃发生爆裂。造成这种缺陷的原因大致有下列三方面：a．砂石——由外来的固态物质落入玻料而形成。通常是在熔炼时，从坩锅壁及熔炉上掉进玻璃中的一些耐火材料。b．粉料石——玻璃的配料或熔制的处理过程不佳时，粉料中某些部分仍保持原来状态，于是便形成所谓粉料石。粉料石大多为最难以熔化的石英。c．沫子一一熔制玻璃时，常有某些外来的微粒落到玻浆表面，使制出的玻璃表面失去光泽。不过，这种缺陷对玻璃性能的影响往往是并不很大的。割断玻管最常用的有锉刀法、砂轮法、热丝法与火焰法等四种方法：’A．锉刀割切法对于不同性质的玻璃，割管的方法有时亦稍有不同；软波璃极易断开，硬玻璃则不然．一般说来，锉刀法对外径小于25毫米的玻管最为有效。(1)外径小于13毫米的玻管一—可用三角锉在管壁上刻一痕迹，只需将锉刀锋压在玻管上拉割一两次，不必企图将其锯穿。如果在锉痕上，用水浸一下，玻管可较易断开。锉痕沾湿后，以双手拇指抵住锉痕背面，于是用弯折与拉力便可使其断开。(2)外径在13—25毫米的玻管——在刻好割痕并沾湿后，需用另一种握法将它断开，双手握住玻管，手臂抵住玻管，然后以弯折与拉力的合力将它折断．B．砂轮割切法砂轮割管的速度很快，直径较大的如一次割一个，则每小时约可割3000个；较小的玻管(如电子管的排气管等)一次可割6——8个，每个时可割6000——7000个，因而多被广泛采用于大量成批的生产加工。C．热丝割切法这种方法的优点是：割面光滑，可割口径大而管壁较薄的玻管。缺点是：较为麻烦与费时较多。热丝割管器实际上只是一只降压变压器，在副圈接有一根电阻丝，用大电流通过电阻丝，使丝发红。D．火焰割切法用锉刀、割轮等割截的玻管，如用来封接，常会在封接处出现一小段不很透明的部分，若用火焰法割出则可避免此缺点。用火焰切割的操作方法为先将玻管烧熔、拉开，然后再制好末端。玻璃没有一定的熔点，在加热时，先逐渐软化，最后就变成液体，因此可以看作是—种过冷却的液体。如果加热程度不适当，吹制工作便不可能顺利完成．初学者往往未等玻璃充分熔融，就进行加工，结果便不能完善(例如封接牢固，或不美观等)；或则熔化过度，使操作时难以控制，因而加工以后，常发生变形或壁厚不均匀等现象。玻璃经过受热加工后，如果退火不好，就可能立刻自行