强激光系统熔石英基底的处理技术研究
发布时间：2021-02-25 05:10
熔石英材料的激光损伤已经成为限制高功率激光器的输出功率、制约惯性约束核聚变系统发展的重要瓶颈。激光损伤会降低光学元件的使用寿命,降低系统的运行效率,增加运行成本。提高光学元件熔石英基底的抗激光损伤能力已成为当前最迫切的需求之一。熔石英激光损伤的诱导因素主要分为两类：光学加工过程中造成的机械损伤（亚表面损伤）以及表层的以氧化铈抛光粉为代表的金属元素污染。本课题主要研究HF酸腐蚀和复合加工方法对熔石英激光损伤阈值的提高。本文的主要工作如下：1.针对HF酸腐蚀中的反应产物沉积问题,对HF酸腐蚀工艺进行了系统的优化。通过选用HF溶液而非含有NH4F的缓冲液作为腐蚀液、腐蚀过程中引入兆声波辅助以及腐蚀后充分漂洗等方面的优化,有效地抑制了反应产物沉积。采用优化后的HF工艺腐蚀后,样品表面金属元素含量显著下降,亚表面缺陷被有效钝化,腐蚀去除20μm后,损伤阈值从初始的5.7 J/cm2升高至13.1 J/cm2。2.提出了复合加工方法,该方法的工艺流程为：研磨样品--300μmHF腐蚀--超光滑抛光--干法刻蚀--HF清洗。研磨样品经300μm的HF腐蚀后,亚表面缺陷被彻底去除,演变成粗糙表面。同时...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３?ＢＳＧ烙石英基底的表面激光损伤［１２］??
??由于激光束的能量密度很大，常常造成ＢＳＧ的损伤，如图１．３所示。激光损??伤会降化通过率，造成激光能量的损伤；还会引起波前崎变，影响光束质量；甚??至还会调制光强分布，产生局部强区，进一步导致下游元件的损伤。而且，激光??损伤一县出现，容易在后续的激光脉冲中进一步快速生长［ｎ］。其中，其前表面??损伤点随后续激光的发次线性生长，而后表面损伤点则随发次指数形式生长，使??得光学元件的性能下降甚至是失效。光学元件的激光损伤严重限制了其使用寿命，??也限制了窩功率激光器系统安全稳定运行的时间。在实际的运行过程中，Ｗ?ＢＳＧ??为代表的烙石英光学元件的激光损伤成为了制约高功率激光装置发展的重要瓶??颈。提高ＢＳＧ的激光损伤闽值，成为了当前发展惯性約束核聚变最迫切的需求??之一。??麵？ｉｉｉｉ?醜嘿?ｌｉｉｉ?麵？嗎??圖Ｉ麵禱啡灣讚瞧誦議響麵ＩＩＩ謹Ｉｊｌ誦＾??图１．３?ＢＳＧ烙石英基底的表面激光损伤［１２］??１．２．２烙石英激光损伤??ＢＳＧ的工作波长为３５１?ｍｎ
１．３．１提高损伤聞值的技术手段??１．３丄１传统光学冷加工技术的优化??如图１．５所示，传统的光学冷加工的工艺路线大致包括：成型－研磨－抛光等??步骤，根据实际情况的不同，每个步骤可能有一个两个工序组成，例如，研磨可??能会分成粗磨和精磨，抛光也可能包括粗抛和精抛。随着工序的进行，所使用的??磨料的颗粒度依次递减，引入的亚表面损伤层的深度也逐步减小。理论上，每道??工序应该将前一道工序残留的亚表面损伤层彻底去除，但由于亚表面损伤的隐蔽??性和出于加工经济性的考虑，这一点常常很难保证。传统光学加工技术的优化工??作大致可Ｗ分成Ｈ个方面：（１）亚表面损伤形成机理和深度预测等理论研究［２５－??３０］；?（２）亚表面损伤的检测技术［１９，３１－３５］?（３）基于损伤检测技术，对加工工??序的工艺参数进行优化口?６］。??传统光学冷加工优化的主要思路是：首先，从理论上分析传统光学加工过程??中
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学材料磨削的亚表面损伤预测[J]. 吕东喜,王洪祥,黄燕华. 光学精密工程. 2013(03)
[2]大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀[J]. 邱克强,周小为,刘颖,徐向东,刘正坤,盛斌,洪义麟,付绍军. 光学精密工程. 2012(08)
[3]亚表面杂质对熔石英激光损伤的影响[J]. 蒋晓东,郑直,祖小涛,李春宏,周信达,黄进,郑万国. 电子科技大学学报. 2012(02)
[4]离子束修形技术[J]. 戴一帆,周林,解旭辉,廖文林,沈永祥. 应用光学. 2011(04)
[5]光学材料磨削加工亚表面损伤层深度测量及预测方法研究[J]. 王卓,吴宇列,戴一帆,李圣怡. 航空精密制造技术. 2007(05)
[6]几种常用光学材料的离子束刻蚀特性研究[J]. 刘颖,徐德权,徐向东,周小为,洪义麟,付绍军. 中国科学技术大学学报. 2007(Z1)
[7]ICF中光束平滑及靶面辐照均匀性技术评述[J]. 谢永杰,刘晶儒,赵学庆. 激光技术. 2001(06)
博士论文
[1]光束采样光栅采样效率均匀性和损伤阈值研究[D]. 饶欢乐.中国科学技术大学 2014
[2]多层介质膜脉宽压缩光栅的清洗及阈值研究[D]. 陈上碧.中国科学技术大学 2012
[3]大口径衍射光学元件的离子束刻蚀及相关问题的研究[D]. 周小为.中国科学技术大学 2010
[4]光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓.国防科学技术大学 2008
本文编号：3050495
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３?ＢＳＧ烙石英基底的表面激光损伤［１２］??
??由于激光束的能量密度很大，常常造成ＢＳＧ的损伤，如图１．３所示。激光损??伤会降化通过率，造成激光能量的损伤；还会引起波前崎变，影响光束质量；甚??至还会调制光强分布，产生局部强区，进一步导致下游元件的损伤。而且，激光??损伤一县出现，容易在后续的激光脉冲中进一步快速生长［ｎ］。其中，其前表面??损伤点随后续激光的发次线性生长，而后表面损伤点则随发次指数形式生长，使??得光学元件的性能下降甚至是失效。光学元件的激光损伤严重限制了其使用寿命，??也限制了窩功率激光器系统安全稳定运行的时间。在实际的运行过程中，Ｗ?ＢＳＧ??为代表的烙石英光学元件的激光损伤成为了制约高功率激光装置发展的重要瓶??颈。提高ＢＳＧ的激光损伤闽值，成为了当前发展惯性約束核聚变最迫切的需求??之一。??麵？ｉｉｉｉ?醜嘿?ｌｉｉｉ?麵？嗎??圖Ｉ麵禱啡灣讚瞧誦議響麵ＩＩＩ謹Ｉｊｌ誦＾??图１．３?ＢＳＧ烙石英基底的表面激光损伤［１２］??１．２．２烙石英激光损伤??ＢＳＧ的工作波长为３５１?ｍｎ
１．３．１提高损伤聞值的技术手段??１．３丄１传统光学冷加工技术的优化??如图１．５所示，传统的光学冷加工的工艺路线大致包括：成型－研磨－抛光等??步骤，根据实际情况的不同，每个步骤可能有一个两个工序组成，例如，研磨可??能会分成粗磨和精磨，抛光也可能包括粗抛和精抛。随着工序的进行，所使用的??磨料的颗粒度依次递减，引入的亚表面损伤层的深度也逐步减小。理论上，每道??工序应该将前一道工序残留的亚表面损伤层彻底去除，但由于亚表面损伤的隐蔽??性和出于加工经济性的考虑，这一点常常很难保证。传统光学加工技术的优化工??作大致可Ｗ分成Ｈ个方面：（１）亚表面损伤形成机理和深度预测等理论研究［２５－??３０］；?（２）亚表面损伤的检测技术［１９，３１－３５］?（３）基于损伤检测技术，对加工工??序的工艺参数进行优化口?６］。??传统光学冷加工优化的主要思路是：首先，从理论上分析传统光学加工过程??中
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学材料磨削的亚表面损伤预测[J]. 吕东喜,王洪祥,黄燕华. 光学精密工程. 2013(03)
[2]大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀[J]. 邱克强,周小为,刘颖,徐向东,刘正坤,盛斌,洪义麟,付绍军. 光学精密工程. 2012(08)
[3]亚表面杂质对熔石英激光损伤的影响[J]. 蒋晓东,郑直,祖小涛,李春宏,周信达,黄进,郑万国. 电子科技大学学报. 2012(02)
[4]离子束修形技术[J]. 戴一帆,周林,解旭辉,廖文林,沈永祥. 应用光学. 2011(04)
[5]光学材料磨削加工亚表面损伤层深度测量及预测方法研究[J]. 王卓,吴宇列,戴一帆,李圣怡. 航空精密制造技术. 2007(05)
[6]几种常用光学材料的离子束刻蚀特性研究[J]. 刘颖,徐德权,徐向东,周小为,洪义麟,付绍军. 中国科学技术大学学报. 2007(Z1)
[7]ICF中光束平滑及靶面辐照均匀性技术评述[J]. 谢永杰,刘晶儒,赵学庆. 激光技术. 2001(06)
博士论文
[1]光束采样光栅采样效率均匀性和损伤阈值研究[D]. 饶欢乐.中国科学技术大学 2014
[2]多层介质膜脉宽压缩光栅的清洗及阈值研究[D]. 陈上碧.中国科学技术大学 2012
[3]大口径衍射光学元件的离子束刻蚀及相关问题的研究[D]. 周小为.中国科学技术大学 2010
[4]光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓.国防科学技术大学 2008
本文编号：3050495
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