[发明专利]一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法

权利要求书

1.一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、利用飞秒激光器输出激光波长λ，聚焦光斑半径r并计算出光束的瑞利长度Z_R；

S2、利用激光器输出脉冲能量F聚焦光斑半径r，离焦量Z计算出激光达到材料表面时的能量密度F`；

S3、利用飞秒激光烧蚀率数学模型计算能材料表面的烧蚀深度L；

S4、由激光烧蚀率数学模型求出不同离焦量Z_n下飞秒激光对材料的烧蚀深度L(Z_n)；

S5、利用平面数字干涉测量仪测量出待抛光光学元件表面的平均PV值，分将波峰作为基准面，即波峰的离焦量为Z_n，波谷的离焦量为Z_n+PV，对应波峰与波谷的高度差为△＝L(Z_n)-L(Z_n+PV)，对应在令激光作用于材料的能量密度对应材料烧蚀阈值之上的各个离焦量带入计算，当△＝PV则为最合适的飞秒激光抛光离焦量，当△恒小于PV则△达到最大值时的离焦量为最佳的抛光离焦量。

2.根据权利要求1所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：所述S1中，瑞利长度Z_R的计算公式为

3.根据权利要求1所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：所述S2中，能量密度F`的计算公式为

4.根据权利要求1所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：所述S3中，飞秒激光的烧蚀率数学模型为

其中L为烧蚀深度，h为普朗克常数，ω为激光频率，τ为激光脉冲宽度，F_th为材料接收特定脉宽及波长的激光的烧蚀阈值，ρ_a0为初始价带电子密度，ρ_c0为初始导带电子密度，WPI_(FTH)与η_(FTH)分别为能量密度达到烧蚀阈值时的光致电离和碰撞电离系数。

5.根据权利要求4所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：W_F＝[F/F_TH]nWPI_(FTH)，H_F＝[F/F_TH](1/2)。

6.根据权利要求4所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：WPI_(FTH)由下式求得：

其中，m为石英玻璃材料空穴的有效质量，Δ为SiO₂的禁带宽度，Φ为道森积分函数，E为激光场强，U＝Δ-e²E²/(4mω²)。

7.根据权利要求4所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：η_(FTH)由下式求得：

其中，v_s为电子的饱和漂移速率，E_i为载流子克服电离辐射需要的电场强度，E_P为载流子克服声子散射需要的电场强度，E_KT为载流子克服热散射效应需要的电场强度。

8.根据权利要求1所述的一种确定飞秒激光抛光光学元件过程中激光离焦量的方法，其特征在于：所述S4中，Z_n＝nδ(n＝0,1,2,……)，其中δ为每次增加的步长。