熔石英表面大气等离子体去损伤加工关键技术研究

摘要

大口径熔石英元件在以激光核聚变系统为代表的强光光学系统中有着广泛运用，如何高效无损地加工熔石英元件是目前光学加工面临的难题。大气等离子体加工技术是一种高效加工含硅光学材料的方法。作为一种化学加工方式，等离子体加工不会有损伤生成，还能有效去除机械加工后残留的亚表面损伤。基于此，本文将大气等离子体加工技术引入到大口径熔石英元件的工艺流程中，并对此展开深入研究，主要的内容及成果如下：
　　（1）研究了大气等离子体加工原理，包括电感耦合大气等离子体激发原理以及等离子体加工硅基材料去除原理；根据加工目标需求设计了新一代的大气等离子体加工系统，为后续实验研究提供了良好的平台基础。
　　（2）研究了等离子体去除熔石英损伤。首先验证了等离子体加工对于熔石英亚表层损伤的去除能力，随后通过不同深度的等离子体去除加工发现了损伤去除存在一个演变过程，而针对不同磨削工艺的损伤去除结果确定了等离子体加工在熔石英加工工艺流程中的定位。最后根据划痕损伤尺寸随去除深度的变化确定了等离子体去损伤加工模型。
　　（3）进行了等离子体面形加工去除函数研究，主要包括去除函数提取、函数鲁棒性以及相关加工参数对去除函数的影响等问题。结果表明等离子体去除函数需通过线性扫描法提取，能抗击主要加工参数小范围波动带来的干扰。在15o入射角范围内，去除函数变化不大。由于热效应的存在，不同扫描速度下等离子体加工去除函数存在差异。
　　（4）开展了等离子体均匀去除面形研究。等离子体加工存在热量累积效应和边缘效应，需通过优化加工路径以及补边处理。初步完成了大气等离子体加工对大口径熔石英平面镜和低陡度球面镜的均匀去除，并对加工过程中出现的问题展开分析。
　　论文研究结果表明大气等离子体加工技术实现了高效去损伤的加工需求，为大口径熔石英光学元件的加工提供了新的工艺路线，有着较高的理论价值及工程实践意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题来源与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要研究内容

第二章 大气等离子体加工原理与系统搭建

2.1大气等离子体加工原理

2.2大气等离子体加工系统设计

2.3本章小结

第三章 大气等离子体去损伤研究

3.1亚表面损伤综述

3.2去除磨削损伤

3.3去除划痕

3.4去损伤模型

3.5本章小结

第四章 大气等离子体面形加工去除函数研究

4.1去除函数提取

4.2去除函数鲁棒性

4.3入射角度对去除函数的影响

4.4去除函数的时变性研究

4.5本章小结

第五章 大气等离子体均匀去除加工

5.1热量累积效应处理

5.2边缘效应处理

5.3大镜加工实验

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果