CF4-Ar-O2等離子體修飾熔石英元件研究.pdf

1、隨著激光科學技術的發(fā)展和大型高功率激光驅動裝置的建立，對于激光器輸出的能量要求逐漸提高（通常在千焦的量級以上），人們對激光系統(tǒng)中的各類光學元件的抗激光損傷能力都提出了更高的要求，同時，對于大口徑高品質的光學元件需求量也大大增加。熔石英材料作為激光驅動裝置中使用較為普遍光學部件，在抗激光損傷性能改善及使用壽命提高等方面一直處于瓶頸階段。近幾年來，如何提高熔石英光學元件的抗損傷能力成為了各大相關研究單位的重點課題之一。
　　過去的研究

2、表明，光學元件表面以下存在的雜質、劃痕和裂紋等缺陷，是誘導元件損傷產生及增長的重要原因之一。為了滿足熔石英材料在高功率激光系統(tǒng)的使用要求，提高熔石英元件的抗激光損傷能力，人們已經(jīng)研究和發(fā)展了很多表面處理技術，如酸蝕處理、激光預處理、等離子濺射轟擊處理以及反應離子刻蝕處理等。近些年來，氫氟酸（HF）刻蝕仍是研究人員十分關注的熔石英材料前處理工藝，雖然 HF刻蝕技術可以明顯提升熔石英材料的抗激光損傷能力，但利用該工藝并不能徹底去掉亞表面的劃

3、痕和坑洞，而是在刻蝕表面產生了復制和展寬的效果，這必然限制了熔石英損傷性能的更大幅度提升。因此，尋求一種較為理想的熔石英表面處理工藝成為擺在科研人員眼前的一項重要任務。近幾年來，反應離子刻蝕技術廣泛應用于半導體工藝和微細加工領域，但是通過此技術來提高熔石英材料表面抗激光誘導損傷方面的研究目前還比較少見，因此，有必要在反應離子刻蝕改善熔石英表面質量等方面開展研究，從而為熔石英材料在高功率激光裝置中得到更好的應用奠定基礎。
　　目前，

4、利用反應等離子體修飾光學元件表面的研究還處于一個起步階段。本實驗采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術，以 CF4/Ar/O2為反應氣體修飾熔石英元件表面，對熔石英元件表面再沉積層和亞表面缺陷層進行徹底剝離，系統(tǒng)研究了熔石英材料反應離子束刻蝕過程中發(fā)生的復雜物理化學行為，從而調整優(yōu)化刻蝕工藝，以期大幅提高熔石英光學元件的光學性能和使用壽命，并為熔石英光學元件在大型激光光學系統(tǒng)上的應用提供理論支持與工程指導。
　　本文中，通過調整刻

5、蝕工藝，考察等離子體活性基團與熔石英材料之間相互作用機制和內在規(guī)律，以及熔石英表面狀態(tài)對元件光學性能的影響；通過等離子體診斷技術對不同工藝下的等離子體氣氛進行實時檢測，獲得等離子體活性基團與工藝參數(shù)之間的內在聯(lián)系，以指導刻蝕過程的順利進行。研究結果表明：氣流量變化對熔石英表面刻蝕過程及狀態(tài)有著重要影響，通過對表面刻蝕狀態(tài)對比，獲得了一個比較合理可行的刻蝕實驗參數(shù)，即 CF4，Ar和O2流量分別為40sccm，40sccm和8sccm。<

6、br>　　通過原位刻蝕觀察刻蝕劃痕隨刻蝕時間的變化，以判斷 ICP刻蝕能夠有效的去除熔石英表面劃痕以及評估亞表面層的厚度；通過表面元素檢測手段對刻蝕后的熔石英樣品表面一定深度內的元素進行跟蹤測量，以此研究刻蝕過程中污染產生及轉化過程的內在機制；通過分析表面弱吸收和抗損傷閾值與刻蝕深度的變化，以提高熔石英光學元件的激光負載能力。研究結果表明：反應離子刻蝕工藝可以極大地改善熔石英光學材料的表面狀態(tài)，使其表面雜質元素和劃痕得到有效去除?？涛g后