[发明专利]一种磷酸二氢钾类晶体光学表面平坦化的方法

说明书

本发明涉及光学元件表面平坦化方法。本发明主要针对单点金刚石车床车削后的磷酸二氢钾（KH₂PO₄又称KDP）非线性光学晶体材料作为加工对象，采用离子束溅射沉积的方法在磷酸二氢钾光学晶体材料的光学表面沉积一层硅或者二氧化硅或者二氧化硅与硅的复合薄膜，再经真空冷却后在磷酸二氢钾光学晶体材料表面形成一层表面粗糙度较低的硅薄膜或二氧化硅薄膜或二者组成的复合薄膜，薄膜层的上表面为平坦化表面。本发明在磷酸二氢钾表面形成一层机械性能良好、性质稳定、表面粗糙度低且致密的硅薄膜或二氧化硅薄膜或二者的复合薄膜，工艺过程简单，在低温真空环境就能在磷酸二氢钾表面获得较好的平坦化效果，对后期磷酸二氢钾类晶体的离子束抛光作了良好的铺垫。

技术领域

本发明属于光学元件表面平坦化技术领域，具体涉及一种磷酸二氢钾（KH₂PO₄）类晶体光学表面平坦化的方法。

背景技术

磷酸二氢钾（KH₂PO₄又称KDP）是一种良好的非线性光学材料、压电材料，其具有较大的非线性光学系数，较低的光学吸收系数和较高的激光损伤阈值。其广泛用于高功率激光系统受控热核反应、核爆模拟等，它是唯一可用于惯性约束核聚变ICF激光工程的晶体材料，主要是用作倍频，光电调制和作为电光开关。

但是，磷酸二氢钾（KH₂PO₄）类晶体具有易脆、易潮解、热膨胀系数大、对温度变化敏感等特点，给高质量的加工带来了极大的困难，成了目前被公认的最难加工的光学零件之一。对磷酸二氢钾（KH₂PO₄）类晶体光学晶体零件，如果不消除其周期性的小尺度波纹等缺陷，其表面粗糙度达不到要求，会影响到零件的通光性能，造成光在光路中以散射或其它形式的消耗，从而使得激光打靶时激光输出能量及能量密度低，不能很好地发挥磷酸二氢钾（KH₂PO₄）晶体的优势。

目前国内外应用于磷酸二氢钾（KH₂PO₄）类晶体的加工抛光方法有单点金刚石车削( SPDT) 、超精密磨削、磁流变抛光、晶体微水雾溶解抛光等，这些方法都不可避免地给磷酸二氢钾（KH₂PO₄）类晶体造成一定程度的亚表面损伤，进而影响其在光学工程中的作用。而在众多的加工方法中主流的加工方法是单点金刚石车削，其产生的小尺度波纹，会影响磷酸二氢钾（KH₂PO₄）晶体的光学表面质量。并且为后期进一步的抛光工艺带来难度从而无法保证表面质量。

旋涂作为一种重要的工艺技术，在许多工业领域中都有应用，目前大部分磷酸二氢钾（KH2PO4 ）类光学晶体材料的平坦化方法均是采用旋涂的方法，但是不管是做表面改性层还是表面牺牲层其所用的旋涂法有如下缺点：①旋涂材料一般使用液态聚合胶，大多具有挥发性且其稳定性受环境影响，因此限制了平坦化材料的选择，最好选择固相受环境影响较小的平坦化材料，本发明可以选择硅、二氧化硅；②目前可查的旋涂法只是用于小口径的光学元件上，如:在50×50×10mm²的KDP上通过旋涂得到了表面粗糙度为1.25nm左右的平坦化层且具有边缘效应，对于大口径的光学元件边缘效应则更显著；③通过旋涂工艺所做的平坦化层易产生低频误差；④因为旋涂设备原因，旋涂工艺不易批量制备平坦化层；⑤旋涂工艺很难实现球面、非球面光学元件的均匀平坦化。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷酸二氢钾（KH₂PO₄）类晶体光学表面平坦化的方法，可在磷酸二氢钾（KH₂PO₄）表面形成一层粗糙度低、无表面玼病的薄膜。

本发明采用的技术方案是：

一种磷酸二氢钾类晶体光学表面平坦化的方法，包括以下步骤：