[发明专利]石英以及增加石英抗激光损伤性能的方法

说明书

本发明涉及光学材料领域，具体而言，涉及一种石英以及增加石英抗激光损伤性能的方法。增加石英抗激光损伤性能的方法，包括以下步骤：对石英基片进行刻蚀处理后在所述石英基片上沉积二氧化硅；在沉积所述二氧化硅的同时，对沉积的所述二氧化硅进行熔融。其通过刻蚀能够将较小的微裂纹完全去除，同时能将较大的微裂纹完全暴露并钝化裂纹尖端，便于后续熔覆过程对微裂纹的填补和修复。而后利用熔融沉积的二氧化硅的流动性修复填补裂纹，从而提高熔石英的机械性能并最终提升其抗激光损伤性能。同时，大面积均匀的沉积和熔覆玻璃涂层，使得熔石英整个表面具有较好的面型。

技术领域

本发明涉及光学材料领域，具体而言，涉及一种石英以及增加石英抗激光损伤性能的方法。

背景技术

高通量激光装置上光元件的抗损伤能力一直是制约装置输出能力和运行成本控制的主要因素，因此提高光学元件抗激光损伤性能一直是高通量激光装置发展过程中的研究热点。熔石英玻璃由于优良的光学性能和抗辐照性能而被广泛应用于高通量激光装置中，许多学者对提高熔石英抗激光损伤性能做了大量的实验和理论研究。研究表明，熔石英表面损伤是制约光学元件抗损伤性能的关键因素，而表面损伤主要由亚表面缺陷引起的，而其中亚表面微裂纹对光学元件表面损伤的影响尤为显著。

微裂纹对熔石英损伤性能的影响主要体现在两方面。一方面，微裂纹会导致熔石英机械性能大幅降低，玻璃的理论抗张强度在10GPa左右，而实际的玻璃抗张强度仅为30～50MPa。Griffith认为断裂的主要原因是裂纹的扩展，而裂纹强度还与微裂纹的尺度有关，裂纹越深或越长，其断裂强度越小。而微裂纹的产生主要来自于玻璃内部缺陷、表面反应或表面抛光等。另一方面，微裂纹会对入射激光电磁场造成强烈的调制作用，从而引起局部的高强度电场和热效应沉积，进而形成热致应力。热致应力会进一步扩展微裂纹，降低材料的强度使其更易损伤，而扩展之后的微裂纹调制作用更强烈，从而形成了恶性循环，最终导致熔石英光学元件的激光损伤阈值大幅降低。

因此消除微裂纹或抑制微裂纹的扩展对提升熔石英的机械性能和抗激光损伤性能具有重要的意义。在实际应用中，HF刻蚀和CO₂激光修复是比较常见的技术手段。HF刻蚀可以比较彻底地去除熔石英表面的缺陷层，减少微裂纹的数量，同时也能钝化裂纹尖端，减少应力集中，以恢复玻璃固有的高强度特性，从而大幅提高熔石英的损伤阈值。不过我们很难通过HF蚀刻完全去除玻璃表面的微裂纹缺陷，当HF刻蚀过深时会增大熔石英表面粗糙度，从而影响面型质量，反而会降低损伤阈值。而CO₂激光修复能够利用自身材料的熔融，流动填补内部缺陷裂纹，实现局部处理，恢复较高的损伤阈值，本质上是把微裂纹移除或愈合。CO₂激光修复方法的工艺操作性强，污染小，效率高，但也不能完全消除亚表面微裂纹及杂质点缺陷等其他亚表面缺陷的存在，同时为了消除熔石英表表面熔覆产生的热应力还需要退火处理，而大口径元件的退火可能会产生热畸变，另外局部高温还会导致大量材料的蒸发，使得修复后的熔石英表面始终会存在一个坑面。

发明内容

本发明提供了一种增加石英抗激光损伤性能的方法，其可以有效去除微裂纹，提高石英的机械性能，并最终提升其抗激光损伤性能。

本发明还提供一种石英，其具有良好的抗激光损伤性能，同时整个表面具有良好的面型。

本发明是这样实现的：

一种增加石英抗激光损伤性能的方法，包括以下步骤：

对石英基片进行刻蚀处理后在所述石英基片上沉积二氧化硅；在沉积所述二氧化硅的同时，对沉积的所述二氧化硅进行熔融。

一种石英，其通过上述的增加石英抗激光损伤性能的方法制备得到。