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超声辅助HF酸处理技术在光学表面零缺陷制造中作用研究

闫续  
【摘要】:光学材料表面及亚表面缺陷严重降低了元件抗激光损伤的能力,使其成为了制约高功率激光系统的重要瓶颈。追求制造出零缺陷的工艺,延长光学元件的寿命,提高抗激光损伤的能力是目前亟需解决的难题。本文采用超声辅助HF酸刻蚀的处理方法,针对元件的表面质量、亚表面缺陷的抑制作用以及损伤阈值等方面进行了研究,并与传统的静态刻蚀进行对比,分析了该种技术在光学制造中所起到的作用。 论文介绍了亚表面缺陷诱导损伤的机理、杂质吸收和亚表面缺陷为降低损伤阈值的主要原因。建立了两种不同的化学刻蚀模型的仿真结果,说明了亚表面缺陷尺寸的变化与酸蚀时间的关系,并在理论上提出了超声辅助HF酸刻蚀所能起到的作用。在对光学元件表面质量的研究中发现,化学刻蚀会使光学元件的面形与表面粗糙度变差,而超声振动能够起到催化的作用,并使光学元件的洁净度得到了大幅度地提高。超声辅助HF刻蚀能够使酸液进入在静态刻蚀中难以进入的狭窄的微裂纹,令刻蚀液与熔石英材料充分接触,使得钝化过程变得更为迅速并且钝化效果进行的更为彻底。超声辅助刻蚀后的元件,由于亚表面缺陷受到了钝化作用,减弱了对入射光场的调制,其抗损伤阈值普遍得到了提高,且优于静态刻蚀的结果。此外超声的加入能够将反应生成物从表面上去除,抑制了反应生成物的再沉积现象。


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