光學(xué)損傷元件損傷增長(zhǎng)的抑制裝置和抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)材料與光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種光學(xué)損傷元件損傷增長(zhǎng)的抑制裝置和抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熔石英是一種非常重要的光學(xué)元件，廣泛應(yīng)用于高功率固體激光系統(tǒng)中。系統(tǒng)中用到各類(lèi)大小口徑的高精度光學(xué)元件的數(shù)量達(dá)上萬(wàn)件。其中，作為透鏡、窗口、反射鏡、偏振片和光柵材料的熔石英光學(xué)元件占據(jù)相當(dāng)大的比例。雖然隨著研磨、拋光技術(shù)的不斷改進(jìn)和提高，已大幅度提升熔石英光學(xué)元件表面質(zhì)量。但是，元件在高通量激光輻照下，表面仍然會(huì)產(chǎn)生初始損傷點(diǎn)，而且在后續(xù)激光的連續(xù)輻照下，損傷尺寸會(huì)呈指數(shù)式增長(zhǎng)，以致發(fā)生災(zāi)難性的破壞，嚴(yán)重影響光束傳輸質(zhì)量和光學(xué)元件使用壽命。因此，損傷修復(fù)或損傷增長(zhǎng)的抑制具有非常重要的工程意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003]為有效地提升熔石英光學(xué)元件的負(fù)載能力，延長(zhǎng)熔石英光學(xué)元件使用壽命。目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的處理手段主要包括:等離子體刻蝕、二氧化碳激光定點(diǎn)局域或者全口徑掃描修復(fù)和氫氟酸刻蝕。等離子體刻蝕方法會(huì)在處理過(guò)程中通入四氟化碳?xì)怏w，這樣會(huì)殘留氟離子，從而污染恪石英光學(xué)元件(參見(jiàn)M.Kozlowski , S.Demos ,Z-L Wu，等，“3 ω Damage:Growth Mitigat1n” ,report ,UCRL-1D-142773);二氧化碳激光定點(diǎn)局域或全口徑掃描恪石英光學(xué)元件表面損傷后會(huì)形成較大的殘余應(yīng)力(Y.Jiang，X.Xiang，C.M.Liu，等，“Effectof residual stress on laser-1nduced damage characterizat1n of mitigateddamage sites in fused silica，，，Journal of Non-Crystalline Solids,2015,410:88-95)，且影響熔石英光學(xué)元件的光傳輸特性(參見(jiàn)白陽(yáng)，張麗娟，廖威，等，“熔石英損傷修復(fù)坑下游光場(chǎng)調(diào)制的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究”，物理學(xué)報(bào)，2016，65(2):024205)。多次作用還可能形成氣泡(參見(jiàn)G.Guss，I.Bassa，V.Draggoo，等，Mitigat1n of growth of laserinitiated surface damage in fused silica using a 4.6μηι wavelength laser,SPIE,2007，6403:6403010和燒蝕(參見(jiàn)￥.^3即33丨3呢，(:.]\1.1^11，等，丁界0 localized C021asertreatment methods for mitigat1n of UV damage growth in fused silica，Chin.Phys.B，2012，21(6):064219)，以致修復(fù)區(qū)域在后續(xù)激光輻照下可能再次引發(fā)損傷。氫氟酸定點(diǎn)刻蝕損傷部分，可以有效地抑制損傷增長(zhǎng)，但僅針對(duì)橫向尺寸小于20微米的損傷點(diǎn)，且只針對(duì)直徑為5厘米小口徑光學(xué)元件上的損傷點(diǎn)(參見(jiàn)L.W.Hrubesh，M.A.Norton,W.A.Molander,等，“Chemical Etch Effects on Laser-1nduced Surface Damage Growthin Fused Silica”，SPIE，2001，4347:553-559)，還不能滿(mǎn)足目前的實(shí)際需求。即使對(duì)于小口徑元件上大于20微米的損傷點(diǎn)進(jìn)行刻蝕，刻蝕后也必須借助二氧化碳激光的二次處理(參見(jiàn)Y.Jiang，X.D.Yuan，S.B.He，等?！癕itigat1n of surface damage growth byhydrofluoric acid etching combined with carbon d1xide laser treatment”，Optical Engineering，2012，51(8)，08430，)，導(dǎo)致應(yīng)力等問(wèn)題，同時(shí)因沒(méi)有相應(yīng)的保護(hù)措施，刻蝕會(huì)造成對(duì)元件表面的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種光學(xué)損傷元件損傷增長(zhǎng)的抑制裝置和抑制方法。該裝置和方法可以用于對(duì)各種尺寸光學(xué)元件表面損傷增長(zhǎng)的抑制，避免元件表面在刻蝕過(guò)程中造成的污染，以達(dá)提升光學(xué)元件抗激光損傷的能力，延長(zhǎng)光學(xué)元件的使用壽命的目的。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]—種光學(xué)損傷元件損傷增長(zhǎng)的抑制裝置，其特點(diǎn)在于，該裝置包括:三維移動(dòng)控制臺(tái)、角度調(diào)整臺(tái)、元件夾具、元件清洗槽、超聲清洗槽、暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件、刻蝕圍欄制作器、第一平移控制臺(tái)、第二平移控制臺(tái)、監(jiān)控CCD、擋光板、顯示控制處理系統(tǒng)和帶刻度的塑料毛細(xì)管:
[0007 ]所述的角度調(diào)整臺(tái)固定在所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)上，所述的元件夾具固定在所述的角度調(diào)整臺(tái)上，所述的元件夾具供光學(xué)元件的夾持和固定，在所述的元件夾具的上方設(shè)置所述的第二平移控制臺(tái)，在該第二平移控制臺(tái)上分別設(shè)置所述的暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件和第一平移控制臺(tái)，在所述的第一平移控制臺(tái)上設(shè)置所述的刻蝕圍欄制作器，在所述的第一平移控制臺(tái)的一側(cè)向所述的刻蝕圍欄制作器設(shè)置所述的監(jiān)控CCD，在所述的元件夾具的下方設(shè)置所述的元件清洗槽和超聲清洗槽，在所述的元件夾具和所述的元件清洗槽和超聲清洗槽之間還有可移動(dòng)的擋光板，所述的暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件、刻蝕圍欄制作器和監(jiān)控CCD的輸出端與所述的顯示控制處理系統(tǒng)的輸入端相連，所述的顯示控制處理系統(tǒng)的輸出端分別與所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)、角度調(diào)整臺(tái)、刻蝕圍欄制作器、第一平移控制臺(tái)、第二平移控制臺(tái)的控制端相連。
[0008]所述的暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件包括CCD相機(jī)、相機(jī)鏡頭和LED環(huán)形光源，所述的LED環(huán)形光源用于提供暗場(chǎng)成像時(shí)的照明光源，所述的相機(jī)鏡頭用于將光學(xué)元件表面成像到CCD相機(jī)的感光面。
[0009]所述的顯示控制處理系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。
[0010]所述的刻蝕圍欄制作器由活塞、唧筒和置于所述的唧筒內(nèi)的硅脂構(gòu)成。
[0011]所述的擋光板為表面粗糙的全黑色擋板。
[0012]利用上述裝置抑制光學(xué)損傷元件損傷增長(zhǎng)的方法，該方法包括以下步驟:
[0013]I)將待處理的光學(xué)元件安裝到所述的元件夾具上；
[0014]2)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)并調(diào)整所述的角度調(diào)整臺(tái)的角度，將所述的光學(xué)元件移動(dòng)至所述的元件清洗槽中，采用去離子水對(duì)光學(xué)元件前后表面進(jìn)行漂洗和噴淋，清洗后采用無(wú)水乙醇進(jìn)行脫水處理；
[0015]3)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的第二平移控制臺(tái)，將所述的暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件移動(dòng)至第二平移控制臺(tái)的工作原點(diǎn)位置;驅(qū)動(dòng)所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)并調(diào)整角度調(diào)整臺(tái)的角度，將所述的光學(xué)元件移動(dòng)至暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件前，調(diào)整所述的元件夾具使所述的元件夾具的工作原點(diǎn)與所述的第二平移控制臺(tái)的工作原點(diǎn)同軸，微調(diào)所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)，使所述的光學(xué)元件的上表面處于所述的暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件焦平面，將所述的擋光板放置在元件夾具與元件清洗槽和超聲清洗槽之間；
[0016]4)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的暗場(chǎng)成像CCD相機(jī)組件對(duì)所述的光學(xué)元件進(jìn)行拍攝并傳輸給所述的顯示控制處理系統(tǒng)，所述的顯示控制處理系統(tǒng)對(duì)拍攝圖像進(jìn)行拼接處理，確定光學(xué)元件待處理的損傷點(diǎn)并對(duì)損傷點(diǎn)進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)與尺寸分析；
[0017]5)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)，將待處理的光學(xué)元件的一個(gè)待處理的損傷點(diǎn)移至所述的第二平移控制臺(tái)的工作原點(diǎn)對(duì)應(yīng)并同軸；
[0018]6)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的第一平移控制臺(tái)，將所述的刻蝕圍欄制作器移動(dòng)至第二平移控制臺(tái)的工作原點(diǎn)位置，移動(dòng)所述的第二平移控制臺(tái)將所述的刻蝕圍欄制作器并通過(guò)所述的監(jiān)控CCD對(duì)準(zhǔn)待處理的損傷點(diǎn)，當(dāng)所述的刻蝕圍欄制作器對(duì)準(zhǔn)該損傷點(diǎn)后，通過(guò)所述的刻蝕圍欄制作器對(duì)所述的損傷點(diǎn)注入高真空硅酯，形成刻蝕圍欄；
[0019]7)重復(fù)步驟5和步驟6，對(duì)光學(xué)元件所有待處理的損傷點(diǎn)制作刻蝕圍欄；
[0020]8)按照損傷點(diǎn)的尺寸從大到小的順序，所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)依次將帶有刻蝕圍欄的損傷點(diǎn)移動(dòng)至監(jiān)控CCD的視場(chǎng)范圍，采用帶刻度的塑料毛細(xì)管對(duì)有刻蝕圍欄的損傷點(diǎn)依次注入氫氟酸溶液，所述的監(jiān)控CCD判斷刻蝕溶液的注入量，對(duì)損傷點(diǎn)進(jìn)行刻蝕；
[0021]9)刻蝕完成后，撤離所述的擋光板，所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述的三維移動(dòng)控制臺(tái)并調(diào)整角度調(diào)整臺(tái)的角度，將刻蝕處理后的光學(xué)元件移動(dòng)至所述的元件清洗槽中，采用去離子水對(duì)光學(xué)元件前后表面進(jìn)行漂洗并噴淋，同時(shí)采用光學(xué)元件擦拭布協(xié)助清洗元件表面的硅酯，清洗后采用無(wú)水乙醇進(jìn)行脫水處理；