紫外熔石英光学元件加工缺陷钝化工艺研究

摘要

熔石英元件在强光光学系统中具有广泛的应用，但低下的加工效率与元件的抗激光损伤能力严重制约了强光光学系统的发展，因此，实现紫外熔石英元件高效、高阈值加工有着迫切的工程需求与应用前景。本文围绕实现高阈值、高效率加工所迫切需要解决的有关理论和技术问题，通过理论分析、时域有限差分仿真、工艺实验和加工实例相结合的方法，对磁流变抛光、HF酸洗工艺对缺陷的钝化加工特性进行探索，并对联合工艺的阈值提升机理进行了有益的探索。
　　本研究主要内容包括：⑴建立了时域有限差分仿真结果与真实阈值的联系，并对典型缺陷的阈值影响规律进行仿真。认为对于结构性缺陷，主体的宽深比是改变其阈值影响的主要因素，缺陷宽深比越大，对阈值的影响越小。这为后续工作提供了评估元件阈值水平的有效工具，以指导加工。⑵提出了磁流变抛光对缺陷的钝化作用。通过实验证实磁流变抛光并非逐层均匀的去除缺陷，而是使缺陷宽度基本保持不变，减小缺陷深度，使其变钝，从而增大阈值。建立磁流变抛光与HF酸洗钝化效率模型，并分析了钝化作用对阈值的影响。为最终加工的实现提供工艺基础。⑶从钝化缺陷的角度解释了磁流变抛光与HF酸洗联合工艺对阈值的高效提升，并最终实现之。该工艺在保留表面可见缺陷的前提下，达到了较高的阈值，相较于完全去除缺陷的“零缺陷”样件，加工时间缩短至原来的38.5％，却仅使阈值恶化了8.2%。⑷在熔石英元件高效、高阈值需求的牵引下，通过理论分析、时域有限差分仿真、工艺及实例研究，深化了对磁流变抛光、HF酸洗等阈值提升工艺的认识，提出了磁流变抛光对结构性缺陷的钝化作用，从钝化缺陷的角度回答了联合工艺的阈值提升机的有关理论和技术问题，提供了后续的优化思路与有效的评估工具。本文的研究成果对推动联合钝化工艺的进一步研究应用，乃至对最终实现元件高效、高阈值工艺的工程化，都具有较为重要的理论意义与工程参考价值。

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第一章绪论

1.1 课题来源及意义

1 .2 熔石英光学元件阈值提升概述及研究现状

1.3 研究思路及主要内容

第二章 紫外熔石英材料激光损伤阈值影响规律仿真研究

2.1 光场强度分布仿真与元件阈值的关联分析

2.2 时域有限差分算法仿真研究

2.3 各类加工缺陷相对光场强度仿真计算

2.4 本章小结

第三章 熔石英元件缺陷MRF与HF酸洗钝化加工工艺研究

3.1 缺陷MRF加工钝化规律研究

3.2 缺陷HF酸洗钝化规律研究

3.3 本章小结

第四章 加工缺陷联合钝化加工工艺与实验

4.1 联合工艺的RI提升原理与优势

4.2 联合工艺加工实验

4.3 阈值测试与结果分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果