[發明專利]熔石英元件表面損傷生長點的修復方法

無效

• 申請號: 201310153550.2
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103232167A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 方周;陳順利;趙元安;胡國行;劉曉鳳;李大偉;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C15/00
• 分類號: C03C15/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及熔石英元件，具體涉及一種熔石英元件表面激光損傷點的修復方法。

背景技術

熔石英材料具有良好的光學、熱學、力學性能，是強激光光學元件的首選材料，廣泛應用于大型高功率激光系統用于制備透鏡、窗口和防濺射屏等光學元件。但是在紫外高通量激光輻照下，熔石英元件表面易于產生激光損傷，且這類損傷點的橫向和縱向尺寸在后續脈沖激光作用下呈指數增長，這限制了元件的使用壽命。目前熔石英元件的紫外激光損傷和發展問題是限制高功率激光系統運行通量的關鍵因素。因此，若能夠對熔石英光學元件表面損傷點進行修復并達到抑制損傷生長的目的，將延長元件的使用壽命，降低系統的運行成本。

目前國內外報道中，紅外CO₂激光熔融修復技術被廣泛應用于修復熔石英表面激光損傷點并抑制損傷生長。但是CO₂激光修復技術的發展也遇到了很多問題：（1）修復過程中快速降溫會引入殘余熱應力，降低元件的機械性能和抗激光損傷能力；（2）修復過程中產生的沉積物會在后續激光作用下引起損傷生長；這些問題嚴重限制了CO₂激光修復技術的應用。所以如何有效的修復熔石英損傷元件，并且避免應力及再沉積物的產生，一直是本領域科研工作的目標。

發明內容

為了解決熔石英元件損傷生長問題，本發明提供一種提高元件抗激光損傷能力的修復方法。該修復方法能夠大幅度提高熔石英元件的損傷生長閾值。

為了實現這一目的，本發明的技術解決方案如下：

一種熔石英元件表面損傷生長點的修復方法，其特點在于該方法包括以下步驟：

步驟1：將熔石英基片分別用去離子水、堿性清洗劑、去離子水超聲清洗各5分鐘，在潔凈室內自然晾干獲得潔凈的熔石英元件；采用波長為355納米的Nd:YAG激光在熔石英元件表面輻照產生損傷點；采用光學顯微鏡、臺階儀對熔石英元件表面損傷點進行測量并記錄損傷點的位置、橫向尺寸及縱向深度；

步驟2：采用800納米飛秒激光修復裝置對熔石英表面損傷點進行“光柵掃描”，去除損傷：

所述的飛秒激光修復裝置為：該裝置包含800納米鈦寶石飛秒激光系統，沿該激光器輸出光束的前進方向依次是分光鏡、機械快門、分光鏡、能量衰減系統、楔形分光片、聚焦透鏡，所述的楔形分光片將激光引入能量計測試能量，所述的聚焦透鏡將飛秒激光聚焦到樣品表面進行修復，采用白光光源照明樣品，成像系統實時在線監控修復過程，計算機控制機械快門的打開與閉合、實時記錄能量計讀數、與成像系統連接實時監控修復過程、通過程序控制樣品臺按設定路徑移動。

修復過程中，固定飛秒激光的作用位置，并且將樣品固定在移動平臺上，通過電腦程序控制移動平臺按設定二維路徑移動，實現“光柵掃描”移動方式；通過設定“光柵掃描”移動橫向距離X、縱向距離Y、縱向間距Δy工藝參數，對不同尺寸損傷點進行修復；通過改變飛秒激光的作用能量，對不同深度的損傷點進行修復。采用的飛秒激光頻率為1000赫茲，脈寬為38飛秒，焦點處光斑有效面積為905平方微米；對縱向深度為5～6、7～9、10～12及13～15微米的損傷點，分別采用70、80、90及100微焦耳的飛秒激光能量進行修復。

步驟3：將激光修復后的熔石英基片浸入1%氫氟酸溶液中，在室溫下腐蝕30～60分鐘；

步驟4：取出熔石英基片分別用去離子水、堿性清洗劑、去離子水超聲清洗各5～10分鐘，在潔凈室內自然晾干；

本發明的有益效果是：

1、本發明提供了一種高效的飛秒激光修復裝置，通過該裝置修復熔石英表面損傷點能夠避免熱應力的產生。

2、飛秒激光修復后，采用1%氫氟酸溶液腐蝕，能夠有效去除飛秒激光修復后殘留的少量再沉積物。

3、實驗測試表明經過本發明修復后，熔石英元件的激光損傷生長閾值得到大幅度提升，可延長元件的使用壽命，并且本發明具有重復性好、穩定性高的特點。

附圖說明

圖1為本發明修復方法流程圖。

圖2為本發明飛秒激光修復裝置框圖。

圖3為飛秒激光“光柵掃描”修復示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。

請參閱圖1，圖1是本發明修復方法流程圖。由圖可見，本發明修復方法主要包括以下四個步驟：