[发明专利]一种沉积层原子级缺陷的飞秒激光修复方法

说明书

本发明涉及一种沉积层原子级缺陷的飞秒激光修复方法。该方法通过使用低于损伤阈值的飞秒激光扫描沉积层，改变沉积层内部及沉积层与光学元件连接界面的分子结构，减少空穴、色心等影响光学性能的缺陷。通过改变激光功率、脉冲频率、光斑大小等激光参数和扫描速度、扫描轨迹、光斑重叠率等加工工艺参数来修复沉积层及沉积层与基材结合面间的缺陷，提高修复效率。本发明由于采用上述方法，可修复光学元件表面机械加工及沉积层制备过程中存在的缺陷，保持光学元件面形精度及粗糙度不降低。本发明适用于对表面形貌要求严格的光学元件表面沉积层修复。

技术领域

本发明涉及光学元件沉积层缺陷修复技术领域，具体地说广泛适用于生物、医疗、国防、外太空探测、制造等领域的沉积层原子级缺陷的飞秒激光修复方法。

背景技术

由于光学玻璃沉积层具有优良的透光性和准确的折射率等优点，在光学显微镜、激光设备等高精尖设备中起到越来越重要的作用。但是，在光学玻璃沉积层制备过程中，光学玻璃沉积层的内部及表面组织结构产生了缺陷，如：点缺陷、化学键断裂、色心及氧心缺陷等。这些缺陷增加了杂质能带，降低了光学玻璃沉积层的透光度，其产生的光学吸收还会导致光传播的损耗增大。随着在光学玻璃沉积层内传播的光强度越来越高，也随着设备对设备分辨率要求越来越高，对光的通过率也越来越高，这些缺陷已经严重影响了相关高精密设备的品质。与此同时，高强度光在光学玻璃沉积层中传播中，由于微小缺陷的存在，在微小缺陷处存在的明显光吸收现象，导致热量集聚，形成局部损伤，最终造成光学器件的失效。因此，应用于高精尖系统上面的光学玻璃沉积层的缺陷修复技术已成为新的制约装备性能的关键因素。

发明内容

本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种沉积层原子级缺陷的飞秒激光修复方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种沉积层原子级缺陷的飞秒激光修复方法，包括光学元件表面沉积层的清洁、干燥及飞秒激光辐照光学元件表面沉积层的缺陷，通过使用低于损伤阈值的飞秒激光扫描沉积层，改变沉积层内部及沉积层与光学元件连接界面的分子结构。

该方法具体步骤为：

第一步：激光辐照沉积层前，使用镜头擦拭用无尘布沾取无水乙醇或丙酮，单次同方向擦拭待改性区薄膜表面，然后用干燥的无尘布擦去残留的痕迹；

第二步：将试样放置在真空吸盘工作台上；

第三步：调节激光参数和辐照轨迹参数进行辐照处理。；用飞秒激光从一端开始按轨迹扫描需要改性的薄膜区域，调整激光功率、脉冲频率、光斑大小等激光参数，改变扫描速度、扫描轨迹、光斑重叠率、扫描轨迹间距加工工艺参数；改变薄膜及薄膜与基材结合处的缺陷，提高光学元件的光学性能和抗激光损伤能力；

第四步：激光扫描完待改性区沉积层后，取出工件。

进一步的，光学元件材质为熔石英、KDP晶体、K7或K9的光学性能好、抗激光损伤能量强的材料，厚度为1mm～100mm，直径为

进一步的，光学元件沉积层材料包括SiO₂，HfO₂或Al₂O₃，沉积层厚度为10nm～2000nm。

进一步的，沉积层内部及界面原子级缺陷是指光学玻璃沉积层在沉积过程中产生的纳米级、原子级缺陷，包括E’心，色心，氧心或羟基。

进一步的，激光光源是单路或多路并行，激光光路为经过时域整形的光路或常规光路。

进一步的，当工件直径小于20mm时，采用常规光路且单路光源；工件直径大于20mm时，采用时域整形光路且多路并行光源。