[发明专利]提高光学元件在纳秒三倍频激光辐照下损伤阈值的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光材料技术领域，具体涉及一种提高光学元件在纳秒三倍频激光辐照下损伤阈值的方法。

背景技术

高功率激光装置被广泛应用于新能源、新材料、国防工业及基础物理研究等领域，但光学元件的损伤始终是高功率激光装置输出功率进一步提升的“瓶颈”问题。熔石英和K9光学玻璃因其具有优良的光学、机械和加工性能，被广泛且大量使用于高功率激光装置中。因此，对其强激光诱导损伤的研究逐渐成为热点和重点。

目前关于温度对纳秒三倍频激光辐照下光学元件损伤阈值影响的研究，只有一些零散的报道：

文献“Influence of ambient temperature on nanosecond and picosecond laser-induced bulk damage of fused silica”研究了在纳秒三倍频激光辐照下熔石英在295K和80K时的损伤阈值对比。结果表明在80K温度下的熔石英的损伤阈值比常温时提升约为8％，但该文只研究了295K和80K两种不同温度下的损伤阈值，无法说明温度效应对激光材料损伤阈值的影响规律，并且在低温80K温度下熔石英损伤阈值相较于常温时的提升很小。

文献“温度效应对强激光辐照下材料性质影响的研究”研究了在纳秒三倍频激光辐照下熔石英在296K和220K时的损伤阈值对比。研究结果表明在220K温度下的熔石英的损伤阈值比常温时提升约为10％。与上述研究类似，该文只研究了296K和220K两种不同温度下的损伤阈值，无法说明温度效应对激光材料损伤阈值的影响规律，并且在220K温度下熔石英损伤阈值相较于常温时的提升也不明显。

文献“Temperature dependence of laser-induced damage threshold in silica glass”对在纳秒三倍频激光辐照下石英玻璃激光损伤阈值对温度依赖性进行了研究，但由于其实验温度范围的局限性，该研究认为激光材料的损伤阈值随着温度的降低而不断提高，并未发现存在一个临界温度，使得激光材料在该温度下达到损伤阈值提升的最大值。

本实验方法通过系统的实验研究发现了温度效应对纳秒三倍频激光辐照下光学元件损伤阈值的影响规律，并发现存在一个特定的温度，在这个特定温度下光学元件在纳秒三倍频激光辐照下的损伤阈值提升幅度最大。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的技术问题，提供一种提高光学元件在纳秒三倍频激光辐照下损伤阈值的方法。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种提高光学元件在纳秒三倍频激光辐照下损伤阈值的方法，包括以下步骤：

步骤1：对实验样品进行预处理制备实验样品；

所述预处理方式有如下三种：

处理方式1：不对实验样品进行酸刻蚀，具体操作过程如下：首先将实验样品使用高纯水进行冲洗，然后再使用无水酒精进行脱水处理；

处理方式2：静态酸刻蚀，具体操作过程如下：首先将实验样品使用高纯水进行冲洗，然后将实验样品放入刻蚀溶液中静置10分钟进行化学刻蚀；

其中，刻蚀溶液为氢氟酸缓冲液，其配置质量分数分别为1％的氟化氢和15％的氟化铵，刻蚀完毕取出后再使用高纯水冲洗样品，去除样品表面残留缓冲液，最后使用无水酒精进行脱水处理；

处理方式3：动态酸刻蚀(AMP)，具体操作过程如下：首先将实验样品使用高纯水喷淋清洗；再将实验样品放置于弱碱液中使用40-270kHz超声波辅助进行超声清洗，去除表面的污染物；然后取出在40-270kHz超声波辅助下使用高纯水进行超声清洗，去除表面残留碱液；其次将实验样品放置于刻蚀溶液中进行兆声波辅助刻蚀20分钟；最后使用高纯水进行超声清洗和喷淋清洗，去除样品表面残留酸液，并静置于洁净环境中自然干燥；

其中，刻蚀溶液为氢氟酸缓冲液，其配置质量分数分别为2.4％的氟化氢和12％的氟化铵，兆声波频率为1.3MHz，并且在刻蚀过程中将刻蚀溶液温度控制保持在26-28℃。

步骤2：将步骤一中制备好的实验样品放入真空腔中的样品架；真空腔连接真空泵和低温控制系统。