熔石英材料的激光損傷已經(jīng)成為限制高功率激光器的輸出功率、制約慣性約束核聚變系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸。激光損傷會降低光學(xué)元件的使用壽命,降低系統(tǒng)的運行效率,增加運行成本。提高光學(xué)元件熔石英基底的抗激光損傷能力已成為當(dāng)前最迫切的需求之一。熔石英激光損傷的誘導(dǎo)因素主要分為兩類：光學(xué)加工過程中造成的機(jī)械損傷（亞表面損傷）以及表層的以氧化鈰拋光粉為代表的金屬元素污染。本課題主要研究HF酸腐蝕和復(fù)合加工方法對熔石英激光損傷閾值的提高。本文的主要工作如下：1.針對HF酸腐蝕中的反應(yīng)產(chǎn)物沉積問題,對HF酸腐蝕工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化。通過選用HF溶液而非含有NH4F的緩沖液作為腐蝕液、腐蝕過程中引入兆聲波輔助以及腐蝕后充分漂洗等方面的優(yōu)化,有效地抑制了反應(yīng)產(chǎn)物沉積。采用優(yōu)化后的HF工藝腐蝕后,樣品表面金屬元素含量顯著下降,亞表面缺陷被有效鈍化,腐蝕去除20μm后,損傷閾值從初始的5.7 J/cm2升高至13.1 J/cm2。2.提出了復(fù)合加工方法,該方法的工藝流程為：研磨樣品--300μmHF腐蝕--超光滑拋光--干法刻蝕--HF清洗。研磨樣品經(jīng)300μm的HF腐蝕后,亞表面缺陷被徹底去除,演變成粗糙表面。同時... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３?ＢＳＧ烙石英基底的表面激光損傷［１２］??

??由于激光束的能量密度很大，常常造成ＢＳＧ的損傷，如圖１．３所示。激光損??傷會降化通過率，造成激光能量的損傷；還會引起波前崎變，影響光束質(zhì)量；甚??至還會調(diào)制光強(qiáng)分布，產(chǎn)生局部強(qiáng)區(qū)，進(jìn)一步導(dǎo)致下游元件的損傷。而且，激光??損傷一縣出現(xiàn)，容易在后續(xù)的激光脈沖中進(jìn)一步快速生長［ｎ］。其中，其前表面??損傷點隨后續(xù)激光的發(fā)次線性生長，而后表面損傷點則隨發(fā)次指數(shù)形式生長，使??得光學(xué)元件的性能下降甚至是失效。光學(xué)元件的激光損傷嚴(yán)重限制了其使用壽命，??也限制了窩功率激光器系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的時間。在實際的運行過程中，Ｗ?ＢＳＧ??為代表的烙石英光學(xué)元件的激光損傷成為了制約高功率激光裝置發(fā)展的重要瓶??頸。提高ＢＳＧ的激光損傷閩值，成為了當(dāng)前發(fā)展慣性約束核聚變最迫切的需求??之一。??麵？ｉｉｉｉ?醜嘿?ｌｉｉｉ?麵？嗎??圖Ｉ麵禱啡灣讚瞧誦議響麵ＩＩＩ謹(jǐn)Ｉｊｌ誦＾??圖１．３?ＢＳＧ烙石英基底的表面激光損傷［１２］??１．２．２烙石英激光損傷??ＢＳＧ的工作波長為３５１?ｍｎ

１．３．１提高損傷聞值的技術(shù)手段??１．３丄１傳統(tǒng)光學(xué)冷加工技術(shù)的優(yōu)化??如圖１．５所示，傳統(tǒng)的光學(xué)冷加工的工藝路線大致包括：成型－研磨－拋光等??步驟，根據(jù)實際情況的不同，每個步驟可能有一個兩個工序組成，例如，研磨可??能會分成粗磨和精磨，拋光也可能包括粗拋和精拋。隨著工序的進(jìn)行，所使用的??磨料的顆粒度依次遞減，引入的亞表面損傷層的深度也逐步減小。理論上，每道??工序應(yīng)該將前一道工序殘留的亞表面損傷層徹底去除，但由于亞表面損傷的隱蔽??性和出于加工經(jīng)濟(jì)性的考慮，這一點常常很難保證。傳統(tǒng)光學(xué)加工技術(shù)的優(yōu)化工??作大致可Ｗ分成Ｈ個方面：（１）亞表面損傷形成機(jī)理和深度預(yù)測等理論研究［２５－??３０］；?（２）亞表面損傷的檢測技術(shù)［１９，３１－３５］?（３）基于損傷檢測技術(shù)，對加工工??序的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化口?６］。??傳統(tǒng)光學(xué)冷加工優(yōu)化的主要思路是：首先，從理論上分析傳統(tǒng)光學(xué)加工過程??中

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3050495