上海光機(jī)所在激光清洗提升熔石英元件損傷閾值研究中取得新進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊在激光清洗提升熔石英元件損傷閾值研究中取得新進(jìn)展。研究首次提出了利用微秒脈沖CO2激光清洗提升熔石英元件的抗損傷性能。相關(guān)研究成果以“Microsecond-pulsed CO2 laser cleaning of high damage threshold fused silica”為題發(fā)表于International Journal of Mechanical Sciences。
 

　　伴隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熔石英元件紫外激光誘導(dǎo)損傷問題嚴(yán)重制約了高功率激光系統(tǒng)的發(fā)展。目前接觸式研拋工藝不可避免產(chǎn)生缺陷及污染，且難以通過后處理完全去除，大大降低了熔石英元件使用性能和壽命。
 

　　為此，研究團(tuán)隊通過宏觀-微觀-納觀的多尺度模擬方法，揭示了缺陷和污染對元件損傷性能的調(diào)制機(jī)理。通過多模態(tài)表征缺陷及污染的分布規(guī)律，印證了激光清洗可以有效地消除和抑制表面/亞表面缺陷、吸收型缺陷、化學(xué)結(jié)構(gòu)缺陷和元素污染，不會產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力、嚴(yán)重破壞材料表面粗糙度。激光清洗后的樣品與傳統(tǒng)加工工藝下的樣品(機(jī)械化學(xué)拋光、機(jī)械化學(xué)拋光+磁流變拋光、機(jī)械化學(xué)拋光+氫氟酸刻蝕)相對比，顯示出更高的損傷閾值，0%概率下的損傷閾值最高提升了47.6%，100%概率下的損傷閾值最高提升了27.0%。本研究提出的激光清洗方法為熔石英元件的低缺陷、清潔制造提供了全新思路。
 

　　相關(guān)工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、上海市揚帆計劃等基金的支持。
 

圖1 微秒脈沖CO2激光清洗原理及實驗示意圖
 

圖2 宏觀-微觀-納觀多尺度仿真模型示意圖
 

圖3 不同工藝下激光清洗提升元件損傷閾值的機(jī)理示意圖