[发明专利]熔石英元件表面损伤生长点的修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔石英元件，具体涉及一种熔石英元件表面激光损伤点的修复方法。

背景技术

熔石英材料具有良好的光学、热学、力学性能，是强激光光学元件的首选材料，广泛应用于大型高功率激光系统用于制备透镜、窗口和防溅射屏等光学元件。但是在紫外高通量激光辐照下，熔石英元件表面易于产生激光损伤，且这类损伤点的横向和纵向尺寸在后续脉冲激光作用下呈指数增长，这限制了元件的使用寿命。目前熔石英元件的紫外激光损伤和发展问题是限制高功率激光系统运行通量的关键因素。因此，若能够对熔石英光学元件表面损伤点进行修复并达到抑制损伤生长的目的，将延长元件的使用寿命，降低系统的运行成本。

目前国内外报道中，红外CO₂激光熔融修复技术被广泛应用于修复熔石英表面激光损伤点并抑制损伤生长。但是CO₂激光修复技术的发展也遇到了很多问题：（1）修复过程中快速降温会引入残余热应力，降低元件的机械性能和抗激光损伤能力；（2）修复过程中产生的沉积物会在后续激光作用下引起损伤生长；这些问题严重限制了CO₂激光修复技术的应用。所以如何有效的修复熔石英损伤元件，并且避免应力及再沉积物的产生，一直是本领域科研工作的目标。

发明内容

为了解决熔石英元件损伤生长问题，本发明提供一种提高元件抗激光损伤能力的修复方法。该修复方法能够大幅度提高熔石英元件的损伤生长阈值。

为了实现这一目的，本发明的技术解决方案如下：

一种熔石英元件表面损伤生长点的修复方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

步骤1：将熔石英基片分别用去离子水、碱性清洗剂、去离子水超声清洗各5分钟，在洁净室内自然晾干获得洁净的熔石英元件；采用波长为355纳米的Nd:YAG激光在熔石英元件表面辐照产生损伤点；采用光学显微镜、台阶仪对熔石英元件表面损伤点进行测量并记录损伤点的位置、横向尺寸及纵向深度；

步骤2：采用800纳米飞秒激光修复装置对熔石英表面损伤点进行“光栅扫描”，去除损伤：

所述的飞秒激光修复装置为：该装置包含800纳米钛宝石飞秒激光系统，沿该激光器输出光束的前进方向依次是分光镜、机械快门、分光镜、能量衰减系统、楔形分光片、聚焦透镜，所述的楔形分光片将激光引入能量计测试能量，所述的聚焦透镜将飞秒激光聚焦到样品表面进行修复，采用白光光源照明样品，成像系统实时在线监控修复过程，计算机控制机械快门的打开与闭合、实时记录能量计读数、与成像系统连接实时监控修复过程、通过程序控制样品台按设定路径移动。

修复过程中，固定飞秒激光的作用位置，并且将样品固定在移动平台上，通过电脑程序控制移动平台按设定二维路径移动，实现“光栅扫描”移动方式；通过设定“光栅扫描”移动横向距离X、纵向距离Y、纵向间距Δy工艺参数，对不同尺寸损伤点进行修复；通过改变飞秒激光的作用能量，对不同深度的损伤点进行修复。采用的飞秒激光频率为1000赫兹，脉宽为38飞秒，焦点处光斑有效面积为905平方微米；对纵向深度为5～6、7～9、10～12及13～15微米的损伤点，分别采用70、80、90及100微焦耳的飞秒激光能量进行修复。

步骤3：将激光修复后的熔石英基片浸入1%氢氟酸溶液中，在室温下腐蚀30～60分钟；

步骤4：取出熔石英基片分别用去离子水、碱性清洗剂、去离子水超声清洗各5～10分钟，在洁净室内自然晾干；

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种高效的飞秒激光修复装置，通过该装置修复熔石英表面损伤点能够避免热应力的产生。

2、飞秒激光修复后，采用1%氢氟酸溶液腐蚀，能够有效去除飞秒激光修复后残留的少量再沉积物。

3、实验测试表明经过本发明修复后，熔石英元件的激光损伤生长阈值得到大幅度提升，可延长元件的使用寿命，并且本发明具有重复性好、稳定性高的特点。

附图说明

图1为本发明修复方法流程图。

图2为本发明飞秒激光修复装置框图。

图3为飞秒激光“光栅扫描”修复示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1是本发明修复方法流程图。由图可见，本发明修复方法主要包括以下四个步骤：