[发明专利]一种提升抗激光损伤能力的熔石英元件表面联合处理方法

说明书

本发明公开了一种提升抗激光损伤能力的熔石英元件表面联合处理方法，包括：将熔石英元件在乙醇中超声清洗，去除掉表面的灰尘和油渍，然后将熔石英元件置于去离子水中超声清洗；将清洗后的熔石英元件置于平行板放电蚀刻器中进行反应离子刻蚀，刻蚀后采用无机酸对元件表面进行清洗，然后用去离子水清洗并晾干；将清洗好的熔石英元件置于高温退火炉中，进行高温退火处理；将高温退火处理之后的熔石英元件置于Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;刻蚀器中进行二次刻蚀；将刻蚀后的熔石英元件进行去离子水和乙醇清洗。本发明通过组合刻蚀的方法较好的修复了熔石英元件表面的缺陷同时改善表面质量，从而有效提高了熔石英元件表面的激光损伤阈值。

技术领域

本发明属于光学材料后处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种提升抗激光损伤能力的熔石英元件表面联合处理方法。

背景技术

熔石英玻璃由于其优异的性能一直作为高能激光系统中多类重要光学部件的关键元件，但是由于激光诱导损伤导致的光学性能退化对惯性约束聚变、高能激光等高能密度科学领域的发展产生了巨大阻碍。

目前测得的熔石英激光诱导损伤阈值往往不足其本征阈值的十分之一，其根本原因在于元件在前期研磨、抛光等冷加工过程中引入了表面缺陷。通常情况下，各种表面加工工艺在亚表层引入的划痕或者凹坑等破坏性缺陷会导致激光诱导损伤的更高概率出现。同时，通过抛光过程或环境污染引入的杂质元素(如Ce、Fe等)形式的污染缺陷可导致激光吸收增强，从而降低激光损伤阈值。此外，非桥接氧中心(NBOHC)和氧空位中心(ODC)等化学结构缺陷也与熔石英玻璃激光损伤的产生有关。这些缺陷在激光脉冲辐照下极易损伤，且损伤尺度随着辐照次数增加而迅速增长。亚表面缺陷会导致元件光学功能退化甚至失效，严重限制了激光驱动系统的负载能力，极大地增加了系统运维负担。

为了消除这些表面缺陷人们开发了各种表面处理工艺和表面处理方法。例如，反应离子刻蚀(RIE)是一种物理轰击和化学刻蚀相结合的刻蚀工艺，通过含氟气体放电产生活性基团，与熔石英材料表面相互作用，各向异性地去除材料表面及亚表面缺陷，如可以去除上述富含Ce、Zr等光敏性杂质元素的抛光再沉积层以及由破碎的裂纹、划痕等组成的亚表面损伤层，从而大幅度地提高元件的抗损伤性。但是，随着刻蚀深度的增加，化学结构缺陷(ODC和NBOHC等)和材料致密化的增加以及刻蚀过程中在近表面引入的F元素等污染性杂质会成为进一步限制熔石英元件抗激光损伤能力提升的重要原因。

因此，单一的反应离子刻蚀已经不能满足实际工程需要，急需要探索出一种能够有效提高熔石英元件抗激光损伤能力的表面后处理方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种提升抗激光损伤能力的熔石英元件表面联合处理方法，包括以下步骤：

步骤一、将熔石英元件在乙醇中超声清洗，去除掉表面的灰尘和油渍，然后将熔石英元件置于去离子水中超声清洗，进一步去除熔石英元件表面杂质；

步骤二、将步骤一清洗后的熔石英元件置于平行板放电蚀刻器中进行反应离子刻蚀，刻蚀后采用无机酸对元件表面进行清洗，溶解反应离子刻蚀过程可能残留的金属杂质污染，然后用去离子水清洗并晾干；

步骤三、将步骤二清洗好的熔石英元件置于高温退火炉中，进行高温退火处理，以收敛反应离子刻蚀处理后残留的亚表面物理结构缺陷、消除残余应力和致密化，同时将亚表面层的杂质元素迁移到近表面；

步骤四、将步骤三高温退火处理之后的熔石英元件置于H₂O₂刻蚀器中进行二次刻蚀，以完全消除熔石英元件的亚表面缺陷层，并钝化光学表面，以实现熔石英元件表面缺陷的有效可控去除；

步骤五、将步骤三刻蚀后的熔石英元件进行去离子水和乙醇清洗，操作步骤和步骤一相同。