西南科技大学 核环境安全技术创新中心，四川 绵阳 621010
熔石英元件的抗激光损伤性能对高能激光器的稳定运行具有重要意义。为了提升熔石英元件抗激光损伤性能，针对传统氢氟酸蚀刻产生再沉积物的缺点，提出了采用有机氟酸蚀刻提升熔石英元件抗激光损伤性能的方法。有机氟酸蚀刻的优势在于产物具有较好的溶解性，因而产生再沉积物的可能性降低。采用有机氟酸溶液静态蚀刻熔石英元件，并对元件的表面质量、透过率和激光损伤密度进行了表征分析。表面质量和透过率的结果一致显示熔石英元件经有机氟酸蚀刻后，元件表面的再沉积物和污垢较少，表明有机氟酸具有较好的抑制再沉积物生成的效果。激光损伤密度结果显示，有机氟酸蚀刻熔石英的深度为6 μm时，元件的平均激光损伤密度为0.26 cm−2，接近先进缓释处理2（AMP2）工艺的水平。基于有机氟酸蚀刻提高熔石英元件的抗激光损伤性能为激光负载能力的提升开辟了一条新途径。
有机氟酸 静态蚀刻 激光损伤 再沉积物 熔石英 organic fluoric acid static etching laser damage deposition fused silica 强激光与粒子束
2023, 35(11): 111005
北京理工大学 光电学院 “复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室, 北京 100081
熔融石英玻璃因具有耐热性高、热膨胀系数低、绝缘性能好等优点, 广泛应用于航空航天、微光学元件、**等领域, 并对其加工精度和表面质量提出了更高的要求。由于飞秒激光具有“冷加工”的特点, 因此在熔融石英玻璃微纳加工方面展现出独特优势。采用波长为1030nm、重复频率为100kHz、脉宽为290fs的飞秒激光对熔融石英玻璃进行加工, 确定了不同物镜下熔融石英玻璃的损伤阈值, 研究了不同物镜下的激光功率、扫描速度、离焦量、扫描次数对加工线槽的影响, 使用逐层叠加加工的方法在低功率下得到了高深宽比(4∶1)的线槽, 并且提高加工线槽的宽度与深度的可控性, 可以在较薄熔融石英玻璃(200μm)上进行微纳加工。
激光技术 熔融石英玻璃 飞秒激光 微纳加工 损伤阈值 逐层叠加加工 laser techniques fused silica glass femtosecond laser micronano machining damage threshold layer by layer processing
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法，在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题，严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验，证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成，提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型，并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性，为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。
壁面反射增强 熔石英 表面形貌 形成机理 大气等离子体 光学学报
2023, 43(21): 2124002
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230421
刘洋 1,2,3朱香平 1,2,3靳川 1,2,3张笑墨 1,2,3赵卫 1,2,3,*
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
采用钛蓝宝石飞秒激光加工系统在融石英表面诱导表面周期性微纳结构，研究了激光诱导表面周期结构的形成过程以及激光能量密度、脉冲数、光斑大小和脉冲的空间间隔对融石英表面激光诱导表面周期结构的形貌的影响。实验结果表明，飞秒激光在融石英表面可以诱导出周期性的亚波长结构，主要以垂直于激光偏振方向的光栅状结构为主，其周期在百纳米量级且具有更好的可复现性。在激光光斑控制在1 μm附近时，所得到的形貌具有较高的规则性。根据实验结果设计了聚焦高斯光斑低通量的加工方式。所制备的光栅结构具有200~300 nm的周期，平均深度约为300 nm。
飞秒激光加工 表面形貌 亚波长结构 融石英 周期性结构 Femtosecond laser processing Surface morphology Subwavelength structures Fused silica Periodic structure
1 广东正业科技股份有限公司，广东 东莞 523000
2 吉林大学电子科学与工程学院，吉林 长春 130012
针对硬质材料高数值孔径（）微透镜阵列制备难的问题，提出一种基于像差的自调制激光加工方法。该方法将飞秒激光聚焦于石英衬底的下表面，能够实现对激光焦点的纵向拉伸，结合氢氟酸溶液湿法刻蚀实现了具有高数值孔径微透镜的制备。结果表明，利用该技术通过改变单脉冲能量能够对微透镜形貌进行调控，在此基础上进一步优化离焦位置，有效地增大了微透镜的数值孔径，制备出达到理论极限（=0.46）的高数值孔径石英微透镜。相对于传统的正面加工方法，所提方法方式不仅提升了微透镜的数值孔径，而且无需复杂的光调制系统，对于高性能硬质材料微透镜阵列的制备与实际应用具有重要的意义。
激光技术 飞秒激光加工 高数值孔径 微透镜阵列 熔融石英 光学学报
2023, 43(16): 1623019
强激光与粒子束
2023, 35(6): 061001
强激光与粒子束
2023, 35(6): 061002
1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳6200
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川绵阳61900
为了研究磁流变抛光液中磨粒团聚对光学玻璃元件的磨损性能，利用环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机，以不锈钢球为对磨副，以熔石英为基底，系统地研究了磁流变抛光液中纳米金刚石磨粒团聚程度对熔石英摩擦磨损性能的影响，并利用光学显微镜、白光干涉仪等设备分析熔石英的磨损机制，最后将摩擦学实验结果与实际磁流变抛光结果进行对比。实验结果表明：纳米金刚石磨粒团聚程度越大，熔石英表面的材料去除率越大，磨损区域亚表面损伤情况越严重。当载荷为0.5 N时，熔石英在团聚磨粒作用下的磨损主要以黏着磨损为主，伴随着轻微的磨粒磨损，同时熔石英的亚表面无明显损伤；当载荷从0.5 N增加到4 N时，熔石英的磨损形式以磨粒磨损为主，熔石英的表面和亚表面出现大量损伤。采用相同磨粒团聚程度的抛光液进行熔石英磨损与磁流变抛光实验发现，熔石英在磁流变抛光过程中的材料去除率与磨损实验的材料去除率变化趋势保持一致，表明借助摩擦磨损实验在一定程度上可以预测实际磁流变抛光中的材料去除率。
磁流变抛光 磨粒团聚 纳米金刚石 熔石英 磨损性能 magnetorheological finishing abrasive agglomeration nanodiamond fused silica wear properties
Author Affiliations
Abstract
1 CEA CESTA, Le Barp, France
2 Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, Institut Fresnel, Marseille, France
Laser-induced damage (LID) on high-power laser facilities is one of the limiting factors for the increase in power and energy. Inertial confinement fusion (ICF) facilities such as Laser Mégajoule or the National Ignition Facility use spectral broadening of the laser pulse that may induce power modulations because of frequency modulation to amplitude modulation conversion. In this paper, we study the impact of low and fast power modulations of laser pulses both experimentally and numerically. The MELBA experimental testbed was used to shape a wide variety of laser pulses and to study their impact on LID. A 1D Lagrangian hydrodynamic code was used to understand the impact of different power profiles on LID.
fused silica high-power laser laser diagnostics laser-induced damage High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e15
