[发明专利]大口径熔石英光学元件表面微缺陷多工位集成修复方法

说明书

本发明公开了一种大口径熔石英光学元件表面微缺陷多工位集成修复方法，将紫外激光预处理系统、显微检测系统和二氧化碳激光修复系统集中安装在多自由度熔石英光学元件定位平台上，实现三工位集成。对熔石英光学元件安装定位后，采用紫外激光光斑对光学元件表面进行全口径逐行往复式扫描预处理；然后利用显微检测系统对熔石英光学元件表面微缺陷进行全口径暗场扫描检测；最后选定需要修复的微缺陷兴趣点，通过CO₂红外激光系统对光学元件表面微缺陷进行局部单点融熔修复，从而完成熔石英光学元件表面微缺陷的多工位集成修复，该工艺方法实现多工位集成，节约了各个工位的装夹时间至少150分钟，提高了微缺陷修复的效率。

技术领域

本发明属于工程光学领域，具体涉及一种大口径熔石英光学元件表面微缺陷多工位集成修复方法。

背景技术

大口径熔石英光学元件是高功率固体激光装置的终端光学组件中应用最为普遍的光学元器件，它是一种典型的硬脆材料，在冷加工过程中易产生微裂纹、凹坑等表层或亚表层微缺陷，尤其是在高功率固体激光系统中，当大口径熔石英光学元件在三倍频紫外强激光的辐照下，更易于产生微裂纹、微凹坑等烧蚀点微缺陷。研究表明，当微裂纹或烧蚀点等微缺陷产生时，随着激光辐照次数的增加，光学元件的后表面微缺陷尺寸以指数性增长。当微缺陷的面积总和超过一定比例后，熔石英光学元件将视为彻底损坏而不能继续使用。美国国家点火装置(NIF)劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)提出当熔石英光学元件通光域内的微缺陷面积达到全口径通光面积的3％时，即可认为该元件达到了使用寿命，此时光学元件就需要进行更换。对于非球曲面的大口径熔石英光学元件，其加工时间周期长，成本高；为了延缓光学元件的使用寿命，国内外主要采取的解决措施是对已产生的微缺陷进行激光微修复，使其抗损伤能力大幅度提升，从而达到抑制损伤增长的目的，由此降低高功率固体激光装置的运行成本。

在大口径熔石英光学元件表面微缺陷的检测与修复技术上，国外采用的是单工位来实现熔石英光学元件表面微缺陷检测、紫外激光预处理、二氧化碳红外激光修复等方面的工作，但它们相互间的微缺陷修复与图像处理信息不能得到有效共享。为此，本发明提出大口径熔石英光学元件紫外激光预处理、表面缺陷检测和二氧化碳红外激光修复的多工位集成修复工艺技术，以修复其微缺陷或抑制微缺陷增长，达到提高该类光学元件的使用寿命。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种大口径熔石英光学元件表面微缺陷多工位集成修复方法，包括以下步骤：

步骤一、将机床检测系统自动初始化，找到机床零点，以机床检测系统的二维运动平台为X,Y轴、显微检测系统和CO₂红外激光系统为Z₁轴、紫外激光预处理系统为Z₂轴，建立机床检测系统的坐标系，即绝对坐标系；

步骤二、将熔石英光学元件安装在二维运动平台上；

步骤三、采用显微检测系统建立工位Ⅰ紫外激光处理系统、工位Ⅱ显微检测系统和位ⅢCO₂红外激光系统的相对坐标系；采用显微检测系统建立熔石英光学元件的工件坐标系；

步骤四、将光学元件移动到工位Ⅰ紫外激光处理系统的零点处，采用紫外激光系统对熔石英光学元件进行逐行往复式紫外激光预处理；

步骤五、将光学元件移动到工位Ⅱ显微检测系统的零点处，利用显微检测系统的暗场线阵CCD显微系统对熔石英光学元件表面微缺陷进行全口径暗场扫描检测，照明光源以一定的角度入射，获取光学元件表面微缺陷点的暗场图像，同时对图像进行处理，获得微缺陷的大小、位置以及形状信息；

步骤六、在工位Ⅱ显微检测系统处，将暗场线阵CCD显微系统检测到的微缺陷移动到明场面阵CCD显微系统视野中心，在线监测光学元件表面微缺陷的大小及形状信息特征，为设置CO₂激光修复微缺陷参数提供参考；