強(qiáng)激光系統(tǒng)熔石英基底的處理技術(shù)研究.pdf

1、熔石英材料的激光損傷已經(jīng)成為限制高功率激光器的輸出功率、制約慣性約束核聚變系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸。激光損傷會降低光學(xué)元件的使用壽命，降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增加運(yùn)行成本。提高光學(xué)元件熔石英基底的抗激光損傷能力已成為當(dāng)前最迫切的需求之一。熔石英激光損傷的誘導(dǎo)因素主要分為兩類:光學(xué)加工過程中造成的機(jī)械損傷（亞表面損傷）以及表層的以氧化鈰拋光粉為代表的金屬元素污染。
　　本課題主要研究HF酸腐蝕和復(fù)合加工方法對熔石英激光損傷閾值的提高。本文的主

2、要工作如下:
　　1.針對HF酸腐蝕中的反應(yīng)產(chǎn)物沉積問題，對HF酸腐蝕工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化。通過選用HF溶液而非含有NH4F的緩沖液作為腐蝕液、腐蝕過程中引入兆聲波輔助以及腐蝕后充分漂洗等方面的優(yōu)化，有效地抑制了反應(yīng)產(chǎn)物沉積。采用優(yōu)化后的HF工藝腐蝕后，樣品表面金屬元素含量顯著下降，亞表面缺陷被有效鈍化，腐蝕去除20μm后，損傷閾值從初始的5.7 J/cm2升高至13.1 J/cm2。
　　2.提出了復(fù)合加工方法，該方法的工

3、藝流程為:研磨樣品——300μm HF腐蝕——超光滑拋光——干法刻蝕——HF清洗。研磨樣品經(jīng)300μm的HF腐蝕后，亞表面缺陷被徹底去除，演變成粗糙表面。同時(shí)由于亞表面缺陷的橫向擴(kuò)展，缺陷間彼此相互交連，使得腐蝕后表面PV值遠(yuǎn)小于初始的亞表面損傷層深度(約為～10μm)，降低了后續(xù)拋光所需的去除量。超光滑拋光將HF腐蝕后的粗糙表面拋平，同時(shí)引入相對較淺的亞表面損傷層。隨后干法刻蝕將超光滑拋光引入的亞表面損傷層去除，然后百納米的HF腐蝕將

4、干法刻蝕引入的金屬污染等去除，最終獲得既無亞表面損傷又無金屬污染的光滑表面。損傷閾值測試顯示，復(fù)合加工方法顯著地提高了損傷閾值。損傷閾值從初始的20.0 J/cm2最高提升至42.0 J/cm2，處理后的樣品表面粗糙度維持在1～2 nm。
　　3.ICP刻蝕的刻蝕誘導(dǎo)表面損傷問題。首先系統(tǒng)地研究了刻蝕坑狀損傷的形貌特征，分析了刻蝕損傷在物理和化學(xué)刻蝕下的演化規(guī)律，分析了其形成機(jī)理。在刻蝕損傷的抑制方面，對ICP刻蝕工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的