[发明专利]一种基于激光冲击波提高光学元件力学性能的后处理方法

摘要

本发明提供了一种基于激光冲击波提高光学元件力学性能的后处理方法，以未进行激光冲击波后处理时薄膜元件的力学特性R₀、A₀、B₀、H₀和抗激光损伤能力F0、G0为基准，分别获得E₀、E_m和ΔE对S次激光冲击波处理后样品力学性能R_S、A_S、B_S、H_S和抗激光损伤能力F_S、G_S的影响规律；根据力学性能和抗激光损伤能力的提升情况，对初始激光能量E₀、能量递增梯度ΔE和最大激光能量E_m进行优化，当薄膜元件力学性能和抗激光损伤能力不再提升，且满足实验样品的要求时，停止循环，完成薄膜元件力学性能后处理。本发明实现了对高功率光学薄膜元件力学性能的改善，解决了光学薄膜元件附着力、膜层结合力、残余应力等力学性能目前缺乏有效手段控制的难题。

主权项

1.一种基于激光冲击波提高光学元件力学性能的后处理方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用电子束蒸发镀制一批光学薄膜元件；任意选取一个光学薄膜元件作为被测样品，测量被测样品的残余应力R0、膜层与基底的临界附着力A0、膜层临界界面结合力B0和硬度H0；(2)在被测样品上选择200个测试点，每20个测试点作为一个测试组；并选取10个不同的激光能量，作为10个测试组分别对应的激光能量，每个测试组内的所有测试点对应的激光能量相同；设定每个测试点的辐照脉冲数目均为N1，采用泵浦激光以选定的激光能量依次辐照被测样品上的测试点，并通过在线监控系统对准泵浦激光辐照被测样品的位置来检测损伤的发生和生长，获得被测样品在不同能量下的初始损伤几率和该脉冲数目下的损伤生长几率；并通过线性拟合的方式获得被测样品在辐照脉冲数目N1下的初始损伤阈值F01以及损伤生长阈值G01；(3)重新选取一个被测样品，将测试点的辐照脉冲数目改为Nk，Nk≠N1，按照步骤(2)的方法，获得被测样品在辐照脉冲数目Nk下的初始损伤阈值F0k和损伤生长阈值G0k；(4)重复执行步骤(3)，获得m个不同脉冲辐照数目下的初始损伤阈值F0和损伤生长阈值G0；其中，F0＝{F01，F02，F03……F0m}，G0＝{G01，G02，G03……G0m}，要求脉冲辐照数目m不小于激光重复频率的200倍；⑸在步骤(1)中制作的一批光学薄膜元件中重新选取一组薄膜元件，在该组薄膜元件膜面粘贴吸收层；在吸收层的表面放置约束层，形成用于激光冲击波后处理的实验样品；⑹将实验样品放置在电动平移台上，同时保证同一样品每次放置的位置都相同；使在线显微镜始终对准泵浦激光辐照实验样品的位置，用以实时检测后处理过程中实验样品、吸收层和约束层的状态；⑺设定用于激光冲击波处理的泵浦激光器的初始入射激光能量E0、最大入射激光能量Em和激光能量递增梯度ΔE，并固定光斑尺寸、搭接率及扫描区域；要求E0和Em小于激光冲击波作用时使薄膜元件不发生破坏的最大激光能量；并标记S为小于等于(Em-E0)/ΔE的最大整数；令i＝1；⑻令实际入射激光能量E＝E0+ΔE*i；⑼采用光栅扫描方式对样品进行一次激光冲击波扫描处理，使得薄膜元件表面微结构发生变化；⑽去除薄膜样品表面残留的吸收层和约束层，并对薄膜样品进行喷淋和超声清洗，获得经过激光冲击波后处理的一组实验样品；⑾利用该组实验样品分别测量经冲击波后处理后的残余应力Ri、膜层与基底的临界附着力Ai、膜层临界界面结合力Bi和硬度Hi，并重复执行步骤⑵～⑷，获得激光冲击波后处理后m个不同脉冲辐照数目下的初始损伤阈值F0i和损伤生长阈值G0i；⑿令i＝i+1；判断i是否小于等于S，若是，转入步骤(5)，若否，进入步骤(13)；⒀通过被测样品相同区域在泵浦激光器不同能量下的辐照，完成了对该实验样品多个能量梯度的激光冲击波后处理，并获得了S次激光冲击波后处理后薄膜元件力学性能变化特性，包括残余应力R1～RS、临界附着力A1～AS、临界界面结合力B1～BS、硬度H1～HS和m个不同脉冲辐照数目下的初始损伤阈值F01～F0S和损伤生长阈值G01～G0S；⒁改变初始入射激光能量E0、最大入射激光能量Em和激光能量递增梯度ΔE，重复步骤⑸～⒀；以未进行激光冲击波后处理时薄膜元件的力学特性R0、A0、B0、H0和抗激光损伤能力F0、G0为基准，分别获得E0、Em和ΔE对S次激光冲击波处理后样品力学性能RS、AS、BS、HS和抗激光损伤能力FS、GS的影响规律；根据力学性能和抗激光损伤能力的提升情况，对初始激光能量E0、能量递增梯度ΔE和最大激光能量Em进行优化，当薄膜元件力学性能和抗激光损伤能力不再提升，且满足实验样品的要求时，停止循环，完成薄膜元件力学性能后处理。