[發明專利]大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法

有效

• 申請號: 201710600243.2
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107389688B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 袁曉東;趙林杰;王海軍;陳明君;程健;廖威;白陽;蔣曉龍;欒曉雨
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心;哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/95;G01S11/12;B23K26/00;B23K26/354
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 鄭健

本發明公開了一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法，將紫外激光預處理系統、顯微檢測系統和二氧化碳激光修復系統集中安裝在多自由度熔石英光學元件定位平臺上，實現三工位集成。對熔石英光學元件安裝定位后，采用紫外激光光斑對光學元件表面進行全口徑逐行往復式掃描預處理；然后利用顯微檢測系統對熔石英光學元件表面微缺陷進行全口徑暗場掃描檢測；最后選定需要修復的微缺陷興趣點，通過CO₂紅外激光系統對光學元件表面微缺陷進行局部單點融熔修復，從而完成熔石英光學元件表面微缺陷的多工位集成修復，該工藝方法實現多工位集成，節約了各個工位的裝夾時間至少150分鐘，提高了微缺陷修復的效率。

技術領域

本發明屬于工程光學領域，具體涉及一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法。

背景技術

大口徑熔石英光學元件是高功率固體激光裝置的終端光學組件中應用最為普遍的光學元器件，它是一種典型的硬脆材料，在冷加工過程中易產生微裂紋、凹坑等表層或亞表層微缺陷，尤其是在高功率固體激光系統中，當大口徑熔石英光學元件在三倍頻紫外強激光的輻照下，更易于產生微裂紋、微凹坑等燒蝕點微缺陷。研究表明，當微裂紋或燒蝕點等微缺陷產生時，隨著激光輻照次數的增加，光學元件的后表面微缺陷尺寸以指數性增長。當微缺陷的面積總和超過一定比例后，熔石英光學元件將視為徹底損壞而不能繼續使用。美國國家點火裝置(NIF)勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)提出當熔石英光學元件通光域內的微缺陷面積達到全口徑通光面積的3％時，即可認為該元件達到了使用壽命，此時光學元件就需要進行更換。對于非球曲面的大口徑熔石英光學元件，其加工時間周期長，成本高；為了延緩光學元件的使用壽命，國內外主要采取的解決措施是對已產生的微缺陷進行激光微修復，使其抗損傷能力大幅度提升，從而達到抑制損傷增長的目的，由此降低高功率固體激光裝置的運行成本。

在大口徑熔石英光學元件表面微缺陷的檢測與修復技術上，國外采用的是單工位來實現熔石英光學元件表面微缺陷檢測、紫外激光預處理、二氧化碳紅外激光修復等方面的工作，但它們相互間的微缺陷修復與圖像處理信息不能得到有效共享。為此，本發明提出大口徑熔石英光學元件紫外激光預處理、表面缺陷檢測和二氧化碳紅外激光修復的多工位集成修復工藝技術，以修復其微缺陷或抑制微缺陷增長，達到提高該類光學元件的使用壽命。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法，包括以下步驟：

步驟一、將機床檢測系統自動初始化，找到機床零點，以機床檢測系統的二維運動平臺為X,Y軸、顯微檢測系統和CO₂紅外激光系統為Z₁軸、紫外激光預處理系統為Z₂軸，建立機床檢測系統的坐標系，即絕對坐標系；

步驟二、將熔石英光學元件安裝在二維運動平臺上；

步驟三、采用顯微檢測系統建立工位Ⅰ紫外激光處理系統、工位Ⅱ顯微檢測系統和位ⅢCO₂紅外激光系統的相對坐標系；采用顯微檢測系統建立熔石英光學元件的工件坐標系；

步驟四、將光學元件移動到工位Ⅰ紫外激光處理系統的零點處，采用紫外激光系統對熔石英光學元件進行逐行往復式紫外激光預處理；

步驟五、將光學元件移動到工位Ⅱ顯微檢測系統的零點處，利用顯微檢測系統的暗場線陣CCD顯微系統對熔石英光學元件表面微缺陷進行全口徑暗場掃描檢測，照明光源以一定的角度入射，獲取光學元件表面微缺陷點的暗場圖像，同時對圖像進行處理，獲得微缺陷的大小、位置以及形狀信息；

步驟六、在工位Ⅱ顯微檢測系統處，將暗場線陣CCD顯微系統檢測到的微缺陷移動到明場面陣CCD顯微系統視野中心，在線監測光學元件表面微缺陷的大小及形狀信息特征，為設置CO₂激光修復微缺陷參數提供參考；