[发明专利]用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学材料，具体涉及一种用于确定光学材料激光辐照吸收老化加速比的方法。

背景技术

随着现实需求与应用技术的不断进步，各种光学或光电系统目前已日益成为人们日常生活中必不可少的工具。尤其是激光出现之后，以其亮度高、单色性好、方向性强及相干性能优异等优势，成为众多光学、光电系统的首选光源。随着以激光作为光源的仪器使用逐步广泛，性能也日益提高，对系统中的元器件也提出了越来越苛刻的要求。

以微细加工技术所采用的核心设备—紫外光刻系统为例：为使系统能够刻划出线宽更窄的线条，必须使用尽量短的工作波长，如工作波长为248nm的KrF准分子激光，或工作波长为193nm的ArF准分子激光作为光源；为确保光刻机能够具有每小时加工超过200片硅片的吞吐量，系统中的所有光学元件必须长时间工作于重复频率最高可达几千赫兹的激光辐照环境下，其寿命必须维持数年。

如此苛刻的使用环境，给光学元件所采用的光学材料提出了各种严格要求，其中很重要的一项就是光学材料的激光辐照老化寿命要求。制作光学元件的材料(通常是高纯度的熔石英或氟化钙)必须具有长期激光辐照稳定性。具体来说，在设备使用寿命周期内，光学材料吸收率A(在样品中被吸收能量I_A占入射光总能量I₀的比值，即A＝I_A/I₀)的增加值ΔA，或称吸收老化值，不能超过预定的指标要求。

对于此类评估，最自然的思路是采用与实际工况相同的情况进行测试。然而在实际应用中，由于测试所需进行的时间过长，这种工况条件下的测试通常在现实上不可行：在设备使用寿命周期内，材料需承受的激光脉冲数达到了近10¹¹的量级，在这种情况下，即使采用重复频率为1kHz的激光器对材料进行不间断辐照，完成老化实验也需三年多的时间。显而易见，这种时间和人力、物力成本是无法承受的，必须采用增加激光辐照密度的加速老化实验。

发明内容

本发明为解决测试光学元件的使用寿命时，存在的耗费时间长，且浪费人力物力等问题，同时采用加速实验方法时无法确定加速比的问题，提供一种用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法。

用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、对光学材料进行加工，获得符合要求的测试样品，然后对所述测试样品进行双表面抛光处理；

步骤二、对步骤一进行抛光处理后的测试样品进行预辐照测试，完成对测试样品的激光辐照剂量效应的释放；

步骤三、对测试样品进行激光辐照，获得不同能量密度下的激光辐照吸收老化系数k(H)；H为固定激光辐照能量密度，根据所述激光辐照吸收老化系数k(H)计算测试样品的激光辐照加速比R(H₁：H₀)，用公式表示为：

R(H₁:H₀)＝k(H₁)/k(H₀)

式中，H₁、H₀为测试样品的不同辐照能量密度，并根据所述激光辐照吸收老化系数k(H)，拟合出测试样品随能量密度变化的吸收老化加速比曲线，实现对测试样品激光辐照老化寿命的测试。

本发明的有益效果：本发明针对光学材料激光辐照老化寿命评估问题，用于确定在光学材料的激光辐照老化过程中，在不同激光能量密度条件下的吸收老化加速比，并由吸收老化加速比确定加速辐照过程所需进行的时间，从而实现对材料在激光辐照条件下使用寿命的合理评估。与通常所采用的基于工况条件、能量密度较低的长期激光辐照老化实验方法相比，采用本方法可在相对较短的时间内，通过提高辐照能量密度实现激光辐照老化寿命的合理加速评估，从而达到节省评估时间及人力、物力等资源的目的。

附图说明

图1为采用本发明所述的用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法在激光量热仪测试过程中，光束垂直辐照样品的示意图；

图2为本发明所述的用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法中，激光辐照样品时，剂量效应释放过程中的吸收率与辐照剂量关系曲线图；

图3为本发明所述的用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法中，样品在激光辐照条件下的吸收率随能量密度变化关系曲线图；

图4为本发明所述的用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法中，不同能量密度下的吸收老化系数数值的示意图；