前沿 | 利用激光技术解决材料缺陷

    一种新的基于激光的工艺链被开发出来，用于制造熔融石英光学器件。它使用 CO2 激光烧蚀光学元件的表面，以精确消除次表面机械损伤。结果表明，采用新工艺制备的样品的激光诱导损伤阈值明显高于传统方法。这代表了制造用于高能激光应用的高抗损伤熔融石英光学器件的一个有前途的方向。

    残余加工缺陷会显著降低熔融石英光学器件的激光诱导损伤阈值，这严重限制了它们在高能激光应用中的性能和寿命。为了消除和抑制这些缺陷，已经进行了广泛的研究，但制造具有高 LIDT 的熔融石英光学器件仍然是一个瓶颈问题。

    在《光：先进制造》上发布的一篇新论文中，开发了一种新的基于激光的工艺链。由魏朝阳教授和邵建达教授领导的科学家现在可以制造具有高LIDT的熔融石英光学器件。该工艺使用 CO2 激光以均匀的逐层方式烧蚀光学元件的表面，从而可以精确去除亚表面机械损伤和表面/表面污染。

    结果表明，采用新工艺链制备的样品的LIDTs显著高于传统方法制备的样品。这种新工艺代表了制造用于高能激光应用的高损伤熔融石英光学器件的一个有前途的新方向。残余加工缺陷会显著降低熔融石英光学器件的 LIDT，这严重限制了它们在高能激光应用中的性能和寿命。传统的加工方法侧重于有效管理磨削过程中的亚表面机械损伤，但这并不总是成功的。

    此外，传统的抛光方法会导致抛光污染物。已经开发了基于HF的蚀刻等后处理技术来消除污染物和SSD，但这些技术也会引入新的缺陷。为了进一步提高熔融石英表面的抗损伤性，必须开发新的方法来解决SSD的3D空间全孔径表征以及后处理步骤中引入的新缺陷。

    一种很有前途的新方法是熔融石英玻璃的激光辐射加工。由于非接触式性质，无需抛光浆料，激光加工在抑制缺陷引入方面具有天然优势。CO2 激光器可用于以均匀的逐层方式烧蚀光学器件的表面，从而可以精确去除 SSD 和表面/次表面污染。

    已经提出了一种 CO2 激光工艺链，用于制造高度抗损伤的熔融石英光学器件。工艺链包括激光烧蚀、激光清洗和激光熔体抛光。首先，理论和实验研究验证了基于均匀逐层激光烧蚀表征SSD的可行性。将SSD表征方法与激光烧蚀磨削工艺相结合，实现SSD的完全去除。

    其次，提出了一种激光保形清洗方法，以有效去除烧蚀污染物。最后，通过激光熔融抛光，实现了整个工艺链中受损前驱体的抑制，获得了高LIDT的熔融石英样品。所提出的表征方法为指导精加工工艺的优化提供了新的工具。这种新的加工策略为熔融石英光学器件的低缺陷制造提供了一种新方法。