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长春博信光电子光学超市

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如何提升熔融石英光学元件的抗CO2激光损伤能力

发布日期:2015-10-23
      Fused silica熔融石英是氧化硅的非晶态,它是典型的玻璃,其原子结构长程无序,它通过三维结构交叉链接提供其高使用温度和低热膨胀系数。       将精选的优质硅石料在電弧爐或電阻爐內熔融,熔融温度为1695-1720℃,由于sio2熔体粘度高,在1900℃時為10的7次方Pa·s,無法用澆鑄方法成型。冷卻後為玻璃體,可作為燒製成品或不燒製品原料。       提升熔融石英的抗激光损伤能力是保障出产高功率固体激光装置负载能力的主要元素,但是,现在光学元件表面的激光诱导损伤依然是个很大的“瓶颈”。       长春博信光电子有限公司做了大量研究和实验,采取了很多行之有效的手段抑制光学元件表面损伤以及损伤增长,这样保证了通量水平和延长元件使用寿命,本文基于提升熔融石英光学元件抗激光损伤能力为目的,从理论模拟和实验上研究抑制熔融石英光学元件表面损伤以及损伤增长的方法。博信同时获得光学元件修复区域残余应力及退活去应力的物理规律,并通过损伤阈值、损伤寿命,损伤增长和光调制等方法测试修复效果,较终确定一个行之有效的优化方案以及参数。 玻璃网图片     (1)通过研究熔融石英表面划痕特点、类型,得出较终结果:可以从划痕形态上将光学元件划分为横向、径向、赫兹锥形和“拖尾”划痕;从形成属性上可分为塑性、脆性和混合型划痕。损伤点得形状与辐照激光光斑形貌有直接关系,如果光斑成高斯分布,则形成的损伤点的形貌一般可分为麻点状、“贝壳”状和“紫罗兰”型损伤三类;如果光斑是空间平顶分布的光斑,除形成上述三种形貌的损伤外,还会形成一种类平顶型的损伤。     (2)理论上研究了CO2激光与熔融石英材料相互作用后产生的熔融、气化及热应力等物理效应,分析出CO2激光作用熔石英表面时产生熔融、气化和烧蚀现象的原因,并得到相应的计算公式。     (3)深入研究了修复熔融石英光学元件表秒划痕的方法,结果表明:对于光学元件表面密集的划痕,为保障其修复效果,采用CO2激光功率从低到高逐渐增加多次扫描形式修复较为合适。     (4)研究了修复熔融石英光学元件表面各类尺寸损伤点得方法,结果表明,对于横向尺寸小于400μm,深度小于200μm的损伤点可以直接采用CO2激光进行修复;对于横向尺寸为400μm600μm,深度200μm300μm的损伤点则采用HF刻蚀与CO2激光相结合的方式进行修复。     (5)在修复过程中会有影响修复点阈值的烧蚀碎片和气泡的产生机制,可以分为轻度烧蚀和重度烧蚀两种形态,可以采用大光斑钝化和HF刻蚀去除。     (6)CO2激光修复损伤点后形成残余应力的特点及消除方法。其中包括等温退火和等时退火两种退火方式。退火温度对残余应力的影响更为明显,对于同一元件上采用相同修复方式作用后得到的残余应力,只要退火参数能将较大光斑尺寸CO2激光得到的残余应力消除即可。 玻璃网图片      博信采 用理论模拟与实验验证相结合的方法,成功获得修复熔石英表面横向尺寸小于600μm,深度小于300μm损伤点的方法及关键参数。但仍有诸如更大尺寸损伤 点的修复、面形控制、在小口径元件上获得的修复参数是否适合大口径元件等工作需进一步补充完善与验证,同时也需要进一步完善。 玻璃网图片  
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