光學元件激光預(yù)處理技術(shù)研究.pdf

1、大功率激光系統(tǒng)對光學元件的抗激光損傷能力提出了苛刻的要求，激光預(yù)處理能清除元件表面雜質(zhì)，減少亞表面缺陷數(shù)量，提升激光損傷閾值。本課題研究目的就是為了建立激光預(yù)處理工藝的主體流程，重點確定紫外激光預(yù)處理和CO2激光預(yù)處理的工藝參數(shù)，主要包括：
　　 1.HF酸刻蝕工藝研究。通過酸刻蝕處理，去除掉元件表面的拋光磨料(CeO2等)和亞表面缺陷(SSD)，對較深的點狀缺陷和劃痕起到鈍化作用。實驗發(fā)現(xiàn)，用質(zhì)量分數(shù)為1％的HF溶液對熔石英表

2、面進行刻蝕，10 min后發(fā)現(xiàn)其損傷閾值從6.13 J/cm2提升到6.93 J/cm2。更長時間的刻蝕也能增加閾值，但是對表面粗糙度和面形的影響不可忽略。
　　 2.紫外激光預(yù)處理工藝參數(shù)研究。采用低于光學元件零損傷閾值(Fth0)的激光能量對元件表面進行輻照，可以對元件表面的雜質(zhì)與污染進行清除，同時提前引爆低閾值點，消除電子缺陷。實驗發(fā)現(xiàn)，紫外激光預(yù)處理雖然對刻蝕后的熔石英閾值提升不太明顯，過度的處理甚至會降低損傷閾值(預(yù)處

3、理能量密度小于零損傷閾值的60％時，閾值提升約10％，預(yù)處理能量密度超過80％后，閾值迅速下降)。但在預(yù)處理工藝中是一個不可缺少的流程，紫外激光預(yù)處理提前暴露表面缺陷，減少了系統(tǒng)運行的風險，并為后續(xù)的缺陷修復工作做好準備。
　　 3.CO2激光預(yù)處理。CO2激光預(yù)處理是整個預(yù)處理流程的核心，波長10.6μm的CO2激光照射元件表面，致使表面局部急劇加熱而出現(xiàn)熔化、流動和蒸發(fā)，熔融物在表面的流動使得亞表面的微缺陷愈合，達到提高損傷

4、閾值的效果。本文通過控制CO2光斑的大小及能量密度，光斑在樣品上的移動路徑，達到不同缺陷的預(yù)處理目的。對于尺寸小于20μm的缺陷，可以通過直徑4mm的大光斑、全口徑掃描的方式得到較好的修復。缺陷點尺寸大于20μm且小于80μm時，可以用直徑約700μm的光斑在缺陷點上固定位置輻照，持續(xù)150-200 ms的激光輻照能夠使得缺陷愈合。尺寸為80μm-500μm的缺陷，采用2 mm-4 mm的大光斑進行單點修復。實際工作中，經(jīng)常遇到同一樣品

5、上集中大小不同缺陷的情形，這就需要結(jié)合掃描與固定點輻照兩種方式。總而言之，針對不同大小的缺陷分布，可以采用多種修復方式相結(jié)合的辦法達到目的。
　　 4.對CO2激光預(yù)處理后的燒蝕和應(yīng)力進行初步探索，通過改變預(yù)處理作用方式和后續(xù)的退火工藝來盡力消除預(yù)處理所引入的負面影響。從實際使用的角度出發(fā)，離線的熱退火工藝更加方便。CO2激光預(yù)處理后的樣品，經(jīng)過700-800℃，約3小時的退火處理后，殘余應(yīng)力得到很好的釋放。退火氣氛研究發(fā)現(xiàn)，在