上海光機(jī)所在激光清洗提升熔石英元件損傷閾值研究中獲新進(jìn)展

近日，中科院上海光機(jī)所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)在激光清洗提升熔石英元件損傷閾值研究中取得新進(jìn)展。研究首次提出了利用微秒脈沖CO2激光清洗提升熔石英元件的抗損傷性能。相關(guān)研究成果以“Microsecond-pulsed CO2 laser cleaning of high damage threshold fused silica”為題發(fā)表于International Journal of Mechanical Sciences。

伴隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熔石英元件紫外激光誘導(dǎo)損傷問(wèn)題嚴(yán)重制約了高功率激光系統(tǒng)的發(fā)展。目前接觸式研拋工藝不可避免產(chǎn)生缺陷及污染，且難以通過(guò)后處理完全去除，大大降低了熔石英元件使用性能和壽命。

微秒脈沖CO2激光清洗原理及實(shí)驗(yàn)示意圖

為此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)宏觀-微觀-納觀的多尺度模擬方法，揭示了缺陷和污染對(duì)元件損傷性能的調(diào)制機(jī)理。通過(guò)多模態(tài)表征缺陷及污染的分布規(guī)律，印證了激光清洗可以有效地消除和抑制表面/亞表面缺陷、吸收型缺陷、化學(xué)結(jié)構(gòu)缺陷和元素污染，不會(huì)產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力、嚴(yán)重破壞材料表面粗糙度。激光清洗后的樣品與傳統(tǒng)加工工藝下的樣品（機(jī)械化學(xué)拋光、機(jī)械化學(xué)拋光+磁流變拋光、機(jī)械化學(xué)拋光+氫氟酸刻蝕）相對(duì)比，顯示出更高的損傷閾值，0%概率下的損傷閾值最高提升了47.6%，100%概率下的損傷閾值最高提升了27.0%。本研究提出的激光清洗方法為熔石英元件的低缺陷、清潔制造提供了全新思路。

相關(guān)工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃等基金的支持。

相關(guān)鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002074032400523X#fig0009