CO2激光抑制熔石英損傷增長研究.pdf

1、光學(xué)元件負(fù)載能力，一直是高功率激光系統(tǒng)中激光輸出的一個瓶頸。在大型激光系統(tǒng)中，熔石英元件因其在各個波段都具有良好的透過率，常被置于倍頻晶體后，受紫外激光的輻照。在高通量的紫外激光輻照下，熔石英元件表面易出現(xiàn)損傷，如果未及時處理該紫外損傷，損傷點(diǎn)會在后續(xù)激光輻照下迅速增長，最終使熔石英元件損傷至不可用的地步。美國 NIF裝置中，當(dāng)光學(xué)元件的損傷導(dǎo)致?lián)豕饷娣e達(dá)到3％時，元件達(dá)到使用壽命。因此及時修復(fù)元件上的損傷點(diǎn)可達(dá)到抑制損傷增長，延長元件

2、使用壽命的目的，大大降低運(yùn)行成本。
　　修復(fù)熔石英損傷點(diǎn)的方法有很多，但以CO2激光修復(fù)效果最好。在工程上，一般需要修復(fù)的熔石英的紫外損傷點(diǎn)尺徑在20μm~700μm之間，更小的損傷點(diǎn)不易被在線觀測到，更大的損傷點(diǎn)則會使熔石英元件報(bào)廢。本論文主要研究對80μm~400μm尺徑損傷點(diǎn)的CO2激光修復(fù)，通過對不同修復(fù)方式的研究，得出的結(jié)論如下：
　　1．對于80μm~400μm的損傷點(diǎn)，利用激光光斑直徑約為100μm的CO2激光

3、打標(biāo)記進(jìn)行環(huán)向掃描修復(fù)時，我們發(fā)現(xiàn)修復(fù)后修復(fù)點(diǎn)深度為60μm~200μm，部分損傷沒有完全修復(fù)，且容易產(chǎn)生氣泡，表面均有燒蝕碎片出現(xiàn)，修復(fù)不完全和氣泡問題可以通過調(diào)節(jié)激光參數(shù)進(jìn)行改善，但燒蝕碎片嚴(yán)重降低了修復(fù)坑的激光損傷閾值。
　　2.直徑為4 mm的激光光斑對于損傷點(diǎn)的直接輻照，能夠修復(fù)80μm~400μm的損傷點(diǎn)，且修復(fù)后，幾乎不會出現(xiàn)氣泡，且通過對激光參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠避免燒蝕現(xiàn)象。對修復(fù)點(diǎn)的損傷閾值和損傷壽命測試發(fā)現(xiàn)，修復(fù)點(diǎn)

4、都能達(dá)到或超過基底的損傷閾值和損傷壽命。
　　3．對于工程上需要修復(fù)最多的200μm的損傷點(diǎn)，我們用不同光斑直徑的激光對其修復(fù)后發(fā)現(xiàn)：具有修復(fù)能力的激光無論是輻照于空白樣品上還是損傷點(diǎn)上，熔融坑都會出現(xiàn)兩個不同的區(qū)域，我們分別將其定義為變形區(qū)和影響區(qū)。變形區(qū)是通過明顯的熔石英材料的汽化形成的，其尺寸大小可能與其修復(fù)能力有關(guān)。影響區(qū)則是通過明顯的熔化和少許的汽化形成的，能表征激光的作用范圍。變形區(qū)會隨著激光功率的增加和輻照時間的增加