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器件。它使用 CO2 激光燒蝕光學元件的表面，以精確消除次表面機械損傷。結(jié)果表明，采用新工藝制備的樣品的激光誘導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用的高抗損傷熔融石英光學器件的一個有前途的方向。

    殘余加工缺陷會顯著降低熔融石英光學器件的激光誘導損傷閾值，這嚴重限制了它們在高能激光應用中的性能和壽命。為了消除和抑制這些缺陷，已經(jīng)進行了廣泛的研究，但制造具有高 LIDT 的熔融石英光學器件仍然是一個瓶頸問題。

    在《光：先進制造》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教授領(lǐng)導的科學家現(xiàn)在可以制造具有高LIDT的熔融石英光學器件。該工藝使用 CO2 激光以均勻的逐層方式燒蝕光學元件的表面，從而可以精確去除亞表面機械損傷和表面/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用的高損傷熔融石英光學器件的一個有前途的新方向。殘余加工缺陷會顯著降低熔融石英光學器件的 LIDT，這嚴重限制了它們在高能激光應用中的性能和壽命。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械損傷，但這并不總是成功的。

    此外，傳統(tǒng)的拋光方法會導致拋光污染物。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)也會引入新的缺陷。為了進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，理論和實驗研究驗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，實現(xiàn)了整個工藝鏈中受損前驅(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器件的低缺陷制造提供了一種新方法。