[发明专利]熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法及装置

权利要求书

1.一种熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

1) 筛查定位熔石英光学元件表面缺陷点所在位置，清除缺陷及其周围受影响区域的材料；

2) 采用激光化学气相沉积的方法在该元件缺陷材料清除后的凹坑内沉积新的熔石英材料，具体步骤如下：

①将缺陷区域材料完全清除后的元件装入密封反应腔体中；

②将密封反应腔体抽真空至设定真空度；

③将激光聚焦在该元件表面上一个缺陷点所在的待修复区域；

④监测沉积状态，控制气相沉积速率和沉积的横向和纵向范围；

⑤设定SiO₂前驱体流量和载气流速，并输送SiO₂前驱体至密封反应腔体中；

⑥设定激光功率和焦斑直径并辐照该元件表面待修复区域使该区域温度升至激光化学气相沉积所需的设定温度，沉积特定量的SiO₂于该元件表面缺陷清除后留下的凹坑内；

⑦激光辐照至设定时长后停止输送SiO₂前驱体，并用洁净气体冲掉反应副产物和残留的SiO₂前驱体；

⑧设定激光功率和焦斑直径使熔石英光学元件表面待修复区域温度升至激光退火所需的设定温度，辐照⑥中所沉积的SiO₂至设定时长，进行SiO₂退火，释放SiO₂沉积后的应力并降低粗糙度；

⑨重复④至⑧，直至该缺陷点所在处凹坑填补完全且表面平整光滑；

⑩重复③至⑨，直至该元件所有缺陷点全部被修复。

2.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述SiO₂前驱体为正硅酸乙酯或硅烷。

3.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述的清除缺陷及其周围受影响区域的材料，具体采用超短脉冲激光。

4.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述载气为纯度99.9999%的氮气、氩气或氦气。

5.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述洁净气体为纯度99.9999%的氮气、氩气或氦气。

6.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述密封反应腔体的真空度范围是10~10⁵Pa。

7.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述激光化学气相沉积温度及激光退火温度均低于熔石英材料的蒸发温度，范围是500~3000℃。

8.根据权利要求7所述的增材修复方法，其特征在于，所述激光化学气相沉积温度及激光退火温度的改变是通过改变待修复区域表面的激光辐照功率和焦斑直径来改变的，即达到稳态时激光辐照区域中心点的温度变化量Δ T 近似为

，

其中d为高斯型焦斑的焦斑直径，P为激光辐照功率，k_e为等效热导率，R为熔石英光学元件表面对辐照激光的反射率。

9.根据权利要求8所述的增材修复方法，其特征在于，激光波长为10.6µm、10.2µm或9.3µm，所述激光波长下熔石英材料的吸收长度很短，激光热源近似为面热源。