前沿 | 利用激光技術(shù)解決材料缺陷

    一種新的基于激光的工藝鏈被開發(fā)出來，用于制造熔融石英光學(xué)器件。它使用 CO2 激光燒蝕光學(xué)元件的表面，以精確消除次表面機(jī)械損傷。結(jié)果表明，采用新工藝制備的樣品的激光誘導(dǎo)損傷閾值明顯高于傳統(tǒng)方法。這代表了制造用于高能激光應(yīng)用的高抗損傷熔融石英光學(xué)器件的一個(gè)有前途的方向。

    殘余加工缺陷會(huì)顯著降低熔融石英光學(xué)器件的激光誘導(dǎo)損傷閾值，這嚴(yán)重限制了它們?cè)诟吣芗す鈶?yīng)用中的性能和壽命。為了消除和抑制這些缺陷，已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，但制造具有高 LIDT 的熔融石英光學(xué)器件仍然是一個(gè)瓶頸問題。

    在《光：先進(jìn)制造》上發(fā)布的一篇新論文中，開發(fā)了一種新的基于激光的工藝鏈。由魏朝陽教授和邵建達(dá)教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家現(xiàn)在可以制造具有高LIDT的熔融石英光學(xué)器件。該工藝使用 CO2 激光以均勻的逐層方式燒蝕光學(xué)元件的表面，從而可以精確去除亞表面機(jī)械損傷和表面/表面污染。

    結(jié)果表明，采用新工藝鏈制備的樣品的LIDTs顯著高于傳統(tǒng)方法制備的樣品。這種新工藝代表了制造用于高能激光應(yīng)用的高損傷熔融石英光學(xué)器件的一個(gè)有前途的新方向。殘余加工缺陷會(huì)顯著降低熔融石英光學(xué)器件的 LIDT，這嚴(yán)重限制了它們?cè)诟吣芗す鈶?yīng)用中的性能和壽命。傳統(tǒng)的加工方法側(cè)重于有效管理磨削過程中的亞表面機(jī)械損傷，但這并不總是成功的。

    此外，傳統(tǒng)的拋光方法會(huì)導(dǎo)致拋光污染物。已經(jīng)開發(fā)了基于HF的蝕刻等后處理技術(shù)來消除污染物和SSD，但這些技術(shù)也會(huì)引入新的缺陷。為了進(jìn)一步提高熔融石英表面的抗損傷性，必須開發(fā)新的方法來解決SSD的3D空間全孔徑表征以及后處理步驟中引入的新缺陷。

    一種很有前途的新方法是熔融石英玻璃的激光輻射加工。由于非接觸式性質(zhì)，無需拋光漿料，激光加工在抑制缺陷引入方面具有天然優(yōu)勢。CO2 激光器可用于以均勻的逐層方式燒蝕光學(xué)器件的表面，從而可以精確去除 SSD 和表面/次表面污染。

    已經(jīng)提出了一種 CO2 激光工藝鏈，用于制造高度抗損傷的熔融石英光學(xué)器件。工藝鏈包括激光燒蝕、激光清洗和激光熔體拋光。首先，理論和實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了基于均勻逐層激光燒蝕表征SSD的可行性。將SSD表征方法與激光燒蝕磨削工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)SSD的完全去除。

    其次，提出了一種激光保形清洗方法，以有效去除燒蝕污染物。最后，通過激光熔融拋光，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工藝鏈中受損前驅(qū)體的抑制，獲得了高LIDT的熔融石英樣品。所提出的表征方法為指導(dǎo)精加工工藝的優(yōu)化提供了新的工具。這種新的加工策略為熔融石英光學(xué)器件的低缺陷制造提供了一種新方法。