圖1 激光燒蝕曲面元件示意圖

近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部魏朝陽(yáng)研究員團(tuán)隊(duì)，在激光燒蝕曲面元件理論研究中取得新進(jìn)展。研究首次闡明激光燒蝕過(guò)程中曲面元件對(duì)形貌及熱應(yīng)力的影響機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Theoretical and experimental investigations of angular effects in pulsed CO2 laser ablation with fused silica”為題發(fā)表于Optics Express。

隨著高功率光學(xué)系統(tǒng)向高損傷閾值與超精密的方向發(fā)展，熔石英光學(xué)元件因其優(yōu)異的光學(xué)性能被廣泛應(yīng)用于慣性約束聚變、先進(jìn)光刻等前沿領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)子孔徑加工技術(shù)存在雜質(zhì)污染與亞表面損傷問(wèn)題，嚴(yán)重制約元件性能提升。激光燒蝕技術(shù)因其非接觸、無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注，但現(xiàn)有激光燒蝕工藝面臨殘余熱應(yīng)力累積的難題，導(dǎo)致元件壽命急劇縮短，成為制約超精密制造的核心瓶頸。

圖2 不同角度下熱影響區(qū)的深度與寬度的演變

針對(duì)這一問(wèn)題，該研究首次揭示了曲面元件對(duì)熔石英熱力耦合效應(yīng)的多尺度調(diào)控機(jī)制，建立了涵蓋光斑畸變與吸收率動(dòng)態(tài)衰減的普適模型，系統(tǒng)研究了脈沖CO?激光燒蝕過(guò)程中入射角與路徑角對(duì)熔石英表面形貌、溫度、熱影響區(qū)及殘余應(yīng)力的調(diào)控機(jī)制。本工作有助于深入了解激光燒蝕過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的高精度激光燒蝕奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)光學(xué)元件超精密制造有重要意義。

審核編輯 黃宇