[發(fā)明專利]用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410532062.7
• 申請(qǐng)日: 2014-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104297153A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立超;趙靈;才璽坤;武瀟野;時(shí)光;梅林;賀健康;隋永新;楊懷江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01N21/00
• 分類號(hào): G01N21/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)材料，具體涉及一種用于確定光學(xué)材料激光輻照吸收老化加速比的方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)實(shí)需求與應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種光學(xué)或光電系統(tǒng)目前已日益成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ?。尤其是激光出現(xiàn)之后，以其亮度高、單色性好、方向性強(qiáng)及相干性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，成為眾多光學(xué)、光電系統(tǒng)的首選光源。隨著以激光作為光源的儀器使用逐步廣泛，性能也日益提高，對(duì)系統(tǒng)中的元器件也提出了越來(lái)越苛刻的要求。

以微細(xì)加工技術(shù)所采用的核心設(shè)備—紫外光刻系統(tǒng)為例：為使系統(tǒng)能夠刻劃出線寬更窄的線條，必須使用盡量短的工作波長(zhǎng)，如工作波長(zhǎng)為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光，或工作波長(zhǎng)為193nm的ArF準(zhǔn)分子激光作為光源；為確保光刻機(jī)能夠具有每小時(shí)加工超過(guò)200片硅片的吞吐量，系統(tǒng)中的所有光學(xué)元件必須長(zhǎng)時(shí)間工作于重復(fù)頻率最高可達(dá)幾千赫茲的激光輻照環(huán)境下，其壽命必須維持?jǐn)?shù)年。

如此苛刻的使用環(huán)境，給光學(xué)元件所采用的光學(xué)材料提出了各種嚴(yán)格要求，其中很重要的一項(xiàng)就是光學(xué)材料的激光輻照老化壽命要求。制作光學(xué)元件的材料(通常是高純度的熔石英或氟化鈣)必須具有長(zhǎng)期激光輻照穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，在設(shè)備使用壽命周期內(nèi)，光學(xué)材料吸收率A(在樣品中被吸收能量I_A占入射光總能量I₀的比值，即A＝I_A/I₀)的增加值ΔA，或稱吸收老化值，不能超過(guò)預(yù)定的指標(biāo)要求。

對(duì)于此類評(píng)估，最自然的思路是采用與實(shí)際工況相同的情況進(jìn)行測(cè)試。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于測(cè)試所需進(jìn)行的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這種工況條件下的測(cè)試通常在現(xiàn)實(shí)上不可行：在設(shè)備使用壽命周期內(nèi)，材料需承受的激光脈沖數(shù)達(dá)到了近10¹¹的量級(jí)，在這種情況下，即使采用重復(fù)頻率為1kHz的激光器對(duì)材料進(jìn)行不間斷輻照，完成老化實(shí)驗(yàn)也需三年多的時(shí)間。顯而易見(jiàn)，這種時(shí)間和人力、物力成本是無(wú)法承受的，必須采用增加激光輻照密度的加速老化實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決測(cè)試光學(xué)元件的使用壽命時(shí)，存在的耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，且浪費(fèi)人力物力等問(wèn)題，同時(shí)采用加速實(shí)驗(yàn)方法時(shí)無(wú)法確定加速比的問(wèn)題，提供一種用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法。

用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、對(duì)光學(xué)材料進(jìn)行加工，獲得符合要求的測(cè)試樣品，然后對(duì)所述測(cè)試樣品進(jìn)行雙表面拋光處理；

步驟二、對(duì)步驟一進(jìn)行拋光處理后的測(cè)試樣品進(jìn)行預(yù)輻照測(cè)試，完成對(duì)測(cè)試樣品的激光輻照劑量效應(yīng)的釋放；

步驟三、對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行激光輻照，獲得不同能量密度下的激光輻照吸收老化系數(shù)k(H)；H為固定激光輻照能量密度，根據(jù)所述激光輻照吸收老化系數(shù)k(H)計(jì)算測(cè)試樣品的激光輻照加速比R(H₁：H₀)，用公式表示為：

R(H₁:H₀)＝k(H₁)/k(H₀)

式中，H₁、H₀為測(cè)試樣品的不同輻照能量密度，并根據(jù)所述激光輻照吸收老化系數(shù)k(H)，擬合出測(cè)試樣品隨能量密度變化的吸收老化加速比曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試樣品激光輻照老化壽命的測(cè)試。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明針對(duì)光學(xué)材料激光輻照老化壽命評(píng)估問(wèn)題，用于確定在光學(xué)材料的激光輻照老化過(guò)程中，在不同激光能量密度條件下的吸收老化加速比，并由吸收老化加速比確定加速輻照過(guò)程所需進(jìn)行的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料在激光輻照條件下使用壽命的合理評(píng)估。與通常所采用的基于工況條件、能量密度較低的長(zhǎng)期激光輻照老化實(shí)驗(yàn)方法相比，采用本方法可在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)提高輻照能量密度實(shí)現(xiàn)激光輻照老化壽命的合理加速評(píng)估，從而達(dá)到節(jié)省評(píng)估時(shí)間及人力、物力等資源的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為采用本發(fā)明所述的用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法在激光量熱儀測(cè)試過(guò)程中，光束垂直輻照樣品的示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法中，激光輻照樣品時(shí)，劑量效應(yīng)釋放過(guò)程中的吸收率與輻照劑量關(guān)系曲線圖；

圖3為本發(fā)明所述的用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法中，樣品在激光輻照條件下的吸收率隨能量密度變化關(guān)系曲線圖；

圖4為本發(fā)明所述的用于確定光學(xué)材料激光輻照老化壽命的加速實(shí)驗(yàn)方法中，不同能量密度下的吸收老化系數(shù)數(shù)值的示意圖；