[发明专利]一种光学加工缺陷钝化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁流变抛光方法，具体涉及熔石英结构性缺陷的磁流变钝化工艺，实现熔石英材料结构性缺陷的钝化。

背景技术

磁流变抛光(MRF)作为一种新型的光学加工方法，它是利用磁流变抛光液在磁场中的流变性对工件进行抛光。由于磁流变抛光的机理为剪切去除，在抛光过程中磨粒受到的力远小于传统抛光，能够有效去除研磨和传统抛光过程中遗留于表面和亚表面的裂纹与划痕，获得无损的加工表面，同时还能够改善面形精度，达到亚纳米级表面粗糙度。在磁流变抛光的过程中，缺陷的微观形貌会发生改变，深度减小，宽度基本保持不变，宽深比增大，形貌轮廓变钝，这种现象称为MRF对缺陷的钝化。MRF依靠抛光液缎带接触加工表面时流体力场中的剪切力实现材料去除，剪切力的大小直接决定了材料的去除效率。在结构性缺陷处，抛光轮以及其附着的抛光液缎带与元件表面的实际接触点为缺陷的最高点，缺陷轮廓与元件表面的交点处剪切力明显要大于表面无缺陷处的剪切力，因此，在缺陷与表面的交点位置材料去除量会更大，导致缺陷边缘处有额外去除，保持宽度基本不变。

传统抛光方法如CCOS等，是通过抛光颗粒对材料的正压力使表面材料破碎去除，再利用相对运动带走抛光屑。由于其原理为脆性去除，在抛光过程中会不可避免的产生裂纹、划痕等结构性缺陷，成为降低熔石英材料抗激光损伤性能的重要因素。经过研磨、粗抛光等多道工序，工件表面和亚表面已经没有较大较深的缺陷，但在表面以下数微米至数十微米的区域内仍存在加工带来的结构性缺陷。结构性缺陷会从以下三个方面降低元件的抗激光损伤能力：(1)亚表面划痕、裂纹会引起局部光场增强；(2)在缺陷中嵌入的吸收性杂质会增强对激光的吸收；(3)结构性缺陷会减低元件的机械强度。当前强光光学系统对熔石英元件的高阈值、高面形精度加工有迫切的需求，而传统抛光方法由于其脆性去除原理难以控制缺陷的大小及深度，因此，需要引入新型的不带来亚表面损伤并且能够改善结构性缺陷的加工工艺来解决这些技术问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺流程简单、可操作性强、能满足强光光学系统对熔石英元件缺陷情况与面形精度要求的光学加工缺陷钝化工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种光学加工缺陷钝化工艺，包括以下步骤：

(1)对单轴机研抛后的熔石英元件使用HF酸液进行浅酸洗，去除水解层，暴露出亚表面损伤，进行磁流变抛光使缺陷钝化；

(2)磁流变抛光完成后，使用HF酸液对熔石英元件表面进行清洗，完成磁流变钝化缺陷的后处理。

上述工艺中，优选地，所述步骤(1)中，对单轴机研抛后的熔石英元件使用HF进行浅酸洗，所述HF酸浓度为8％-12％，酸洗时间为2-5min，去除效率为10-20nm/min，去除深度为20-100nm。所述磁流变抛光的工艺参数为：磨料为粒径为0.2μm的CeO₂，抛光轮转速为2-3m/s，电流为7A，压深为0.2mm，磁流变抛光液的流量为150-170L/h，材料去除率为1.8×10e+7±10％(μm³/min)。

上述工艺中，优选地，所述步骤(2)中，所述HF酸液浓度为10％，温度为35℃，酸洗时间为3min。

本发明中还包括步骤(3)，对酸洗后的熔石英元件进行漂洗10分钟并用去离子水喷淋5分钟，去除残留酸液与反应生成物，最后使用过滤后的高压氮气吹干样件，完成整个工艺。

本发明中，全部酸洗流程均在百级洁净环境中完成，确保环境污染在极低的水平。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明工艺流程简单，可操作性强。在前级加工工艺中会不可避免的带来划痕、坑洞等结构性缺陷，这些缺陷会引发激光损伤，磁流变抛光的无损去除能力在去除结构性缺陷方面会发挥重要作用。磁流变抛光后，结构性缺陷深度减小、宽度基本不变，宽深比增大。结构性缺陷的仿真结果证明，宽深比越大，结构性缺陷的相对光场强度(RelativeIntensity，RI)越小，能够承受更高的激光能量。磁流变抛光不仅能够无损去除传统抛光带来的较浅的缺陷层，对于个别的较深的缺陷没有完全抛光去除，而是将其钝化，这样也能够显著降低相对光场强度，提高元件的抗激光损伤能力。