[發明專利]一種基于激光沖擊波提高光學元件力學性能的后處理方法

有效

• 申請號: 201710092401.8
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106903424B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 劉文文;曹宇;張健;朱德華
• 申請（專利權）人: 溫州大學激光與光電智能制造研究院
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/352
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 段秋玲

1.一種基于激光沖擊波提高光學元件力學性能的后處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)采用電子束蒸發鍍制一批光學薄膜元件；任意選取一個光學薄膜元件作為被測樣品，測量被測樣品的殘余應力R0、膜層與基底的臨界附著力A0、膜層臨界界面結合力B0和硬度H0；

(2)在被測樣品上選擇200個測試點，每20個測試點作為一個測試組；并選取10個不同的激光能量，作為10個測試組分別對應的激光能量，每個測試組內的所有測試點對應的激光能量相同；設定每個測試點的輻照脈沖數目均為N1，采用泵浦激光以選定的激光能量依次輻照被測樣品上的測試點，并通過在線監控系統對準泵浦激光輻照被測樣品的位置來檢測損傷的發生和生長，獲得被測樣品在不同能量下的初始損傷幾率和該脈沖數目下的損傷生長幾率；并通過線性擬合的方式獲得被測樣品在輻照脈沖數目N1下的初始損傷閾值F01以及損傷生長閾值G01；

(3)重新選取一個被測樣品，將測試點的輻照脈沖數目改為Nk，Nk≠N1，按照步驟(2)的方法，獲得被測樣品在輻照脈沖數目Nk下的初始損傷閾值F0k和損傷生長閾值G0k；

(4)重復執行步驟(3)，獲得m個不同脈沖輻照數目下的初始損傷閾值F0和損傷生長閾值G0；其中，F0＝{F01，F02，F03……F0m}，G0＝{G01，G02，G03……G0m}，要求脈沖輻照數目m不小于激光重復頻率的200倍；

⑸在步驟(1)中制作的一批光學薄膜元件中重新選取一組薄膜元件，在該組薄膜元件膜面粘貼吸收層；在吸收層的表面放置約束層，形成用于激光沖擊波后處理的實驗樣品；

⑹將實驗樣品放置在電動平移臺上，同時保證同一樣品每次放置的位置都相同；使在線顯微鏡始終對準泵浦激光輻照實驗樣品的位置，用以實時檢測后處理過程中實驗樣品、吸收層和約束層的狀態；

⑺設定用于激光沖擊波處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和激光能量遞增梯度ΔE，并固定光斑尺寸、搭接率及掃描區域；要求E0和Em小于激光沖擊波作用時使薄膜元件不發生破壞的最大激光能量；并標記S為小于等于(Em-E0)/ΔE的最大整數；令i＝1；

⑻令實際入射激光能量E＝E0+ΔE*i；

⑼采用光柵掃描方式對樣品進行一次激光沖擊波掃描處理，使得薄膜元件表面微結構發生變化；

⑽去除薄膜樣品表面殘留的吸收層和約束層，并對薄膜樣品進行噴淋和超聲清洗，獲得經過激光沖擊波后處理的一組實驗樣品；

⑾利用該組實驗樣品分別測量經沖擊波后處理后的殘余應力Ri、膜層與基底的臨界附著力Ai、膜層臨界界面結合力Bi和硬度Hi，并重復執行步驟⑵～⑷，獲得激光沖擊波后處理后m個不同脈沖輻照數目下的初始損傷閾值F0i和損傷生長閾值G0i；

⑿令i＝i+1；判斷i是否小于等于S，若是，轉入步驟(5)，若否，進入步驟(13)；

⒀通過被測樣品相同區域在泵浦激光器不同能量下的輻照，完成了對該實驗樣品多個能量梯度的激光沖擊波后處理，并獲得了S次激光沖擊波后處理后薄膜元件力學性能變化特性，包括殘余應力R1～RS、臨界附著力A1～AS、臨界界面結合力B1～BS、硬度H1～HS和m個不同脈沖輻照數目下的初始損傷閾值F01～F0S和損傷生長閾值G01～G0S；

⒁改變初始入射激光能量E0、最大入射激光能量Em和激光能量遞增梯度ΔE，重復步驟⑸～⒀；以未進行激光沖擊波后處理時薄膜元件的力學特性R0、A0、B0、H0和抗激光損傷能力F0、G0為基準，分別獲得E0、Em和ΔE對S次激光沖擊波處理后樣品力學性能RS、AS、BS、HS和抗激光損傷能力FS、GS的影響規律；根據力學性能和抗激光損傷能力的提升情況，對初始激光能量E0、能量遞增梯度ΔE和最大激光能量Em進行優化，當薄膜元件力學性能和抗激光損傷能力不再提升，且滿足實驗樣品的要求時，停止循環，完成薄膜元件力學性能后處理。

2.根據權利要求1所述的基于激光沖擊波提高光學元件力學性能的后處理方法，其特征在于，步驟(14)后還可以包括：改變步驟(1)中的鍍膜參數，重復步驟⑴～⒁，獲得激光沖擊波后處理對同一類型不同微結構的光學薄膜元件力學性能的提升規律。