强激光和等离子体对光学元件的表面洁净处理研究

摘要

本文首先回顾了光学材料损伤的一般机理，指出了光学基片的表面状况对光学材料的激光损伤情况有重要的影响。然后对脉冲激光的清洗机理以及等离子体清洗的一般性机理进行了阐述。从两个方面进行了研究，第一个方面，对短脉冲激光的清洗效果进行了研究。用351nm短脉冲激光对熔石英、K9玻璃上的真空硅脂进行了清洗研究，发现在用351nm短脉冲激光清洗时，K9玻璃在前表面清洗时的效果要好于后表面，而对于熔石英却相反，后表面的清洗效果要好于前表面。并对该现象进行了解释：根据光压理论，熔石英、K9玻璃的后表面的压力都大于前表面，所以在后表面都存在清洗效果，但是光热透射技术表明，在351nm波长激光作用下，由于K9玻璃的热吸收要远大于熔石英，K9玻璃的热膨胀效果要远大于熔石英的热膨胀效果，所以在迎光面的清洗效果较好。本文的另外一个重要研究方面就是用CO2连续激光和等离子体结合，对熔石英上的真空硅脂进行了清洗研究。通过光学显微镜、接触角、透过率和损伤阈值测量表征了激光和等离子体对真空硅脂污染过的石英基片的清洗效果，对于真空硅脂蒸发污染后的石英基片，可以先采用低能量的CO2激光进行大面积清洗，再用真空等离子体进行精细清洗。清洗前后，水滴接触角由63°下降到4°；在400nm附近，透过率由92.3％上升到93.0％；在波长为351nm，脉宽为6ns单脉冲激光作用下，损伤阈值由3.77J/cm2上升到5.09 J/cm2。表明激光清洗和等离子体清洗相结合能有效提高石英基片的激光损伤阈值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究意义

1.2研究现状

1.2.1国内外激光清洗的研究现状

1.2.2国内外在等离子体清洗方面的研究状况

1.3本文研究方法和各章节的安排

第二章光学基体表面激光清洗的一般理论

2.1光学材料破坏的一般理论

2.1.1激光参数的影响

2.1.2光学元件材料参数的影响

2.1.3激光和光学材料相互作用所造成的影响

2.2微粒和基片表面的各种吸附作用

2.3激光清洗的分类

2.4激光清洗的物理机制

2.4.1短脉冲激光对微粒的清洗机理

2.4.2连续激光的清洗机理

2.5温度场的分析

2.5.1解析法

2.5.2数值计算法

2.6激光器的选择

2.7影响激光清洗效果的因素

2.8小结

第三章等离子体清洗的基本原理

3.1等离子体产生的基本原理

3.2等离子体的分类

3.2.1按等离子体焰温度

3.2.2按等离子体所处的状态：

3.2低温等离子体产生的基本方法

3.2.1辉光放电

3.2.2电晕放电

3.2.3介质阻挡放电

3.2.4射频单电极电晕放电

3.2.5滑动电弧放电

3.2.6次大气压下辉光放电产生低温等离子体

3.3等离子体的表面清洗作用

3.3.1等离子体表面刻蚀---清洗的物理过程

3.3.2各种离子集团和有机污染物的作用—清洗的化学过程

3.4等离子体清洗的基本过程

3.5小结

第四章 光热透镜技术测量光学材料的吸收研究

4.1问题的提出

4.2测试的基本原理

4.2.1激光与物质作用所引发的热透镜效应

4.2.2透射式光热透镜探测技术的基本原理

4.3实验装置

4.4应用

4.5讨论

4.6小结：

第五章351nm短脉冲激光对光学基片的清洗研究

5.1问题的提出

5.2污染物的分析

5.3污染物的蒸发实验

5.4三倍频(351nm)激光装置

5.5清洗方式的选择

5.6实验结果

5.7实验结果的讨论：

5.7.1迎光面的清洗机理的讨论：

5.7.2背光面清洗机理的讨论：

5.8小结

第六章 CO2激光和等离子体对石英基片表面清洗提高损伤阈值的研究

6.1问题的提出

6.2实验原理

6.2.1CO2激光清洗的原理

6.2.2真空等离子体清洗的原理

6.2.3洁净效果的判别

6.2.4接触角判别污染程度的原理

6.3实验过程

6.4.实验结果和讨论

6.4.1清洗效果的光学显微镜观察

6.4.2清洗效果的接触角分析

6.4.3透过率分析

6.4.4损伤阈值分析

6.4.5应力观察

6.4.6讨论

6.5小结

第七章结论和展望

致谢

参考文献

攻硕期间所取得的研究成果