[发明专利]一种非球面光学元件表面紫外预处理轨迹的规划方法

说明书

本发明提供一种非球面光学元件表面紫外预处理轨迹的规划方法，属于工程光学技术领域。本发明首先以非球面光学元件非球面的顶点为原点、以回转曲线旋转轴为Z轴、以非球面光学元件侧边平行方向为Y轴、以非球面光学元件出光面平行方向为X轴建立加工坐标系，并得到入光面的非球面方程，设置紫外激光预处理过程的加工参数，所述加工参数包括光斑大小、加工速度以及光斑重叠率；然后分别计算X、Y和Z轴的补偿函数；最后根据得到的补偿函数计算扫描设备的运动函数。本发明解决了现有紫外预处理技术出光面光斑的大小不恒定，导致紫外预处理效果差的问题。本发明可用于紫外激光预处理非球面光学元件，暴露亚表层缺陷。

技术领域

本发明属于工程光学技术领域，具体涉及一种表面紫外预处理轨迹的规划方法。

背景技术

大口径非球面光学元件作为高功率固体激光装置中终端光学组件的聚焦透镜，具有不可替代的作用，它将平行入射的高能三倍频激光聚焦到靶丸处，实现高激光能量密度的条件。光学元件的结构如图1所示，其入光面1非球面，出光面(与入光面相对的面)为平面，其余侧面均为平面。其材质熔石英等作为一种典型的硬脆材料，在冷加工过程中易产生微裂纹、凹坑等表层或亚表层微缺陷，其中表层微缺陷可通过高分辨率相机进行快速检测，而亚表层缺陷则无法检测。带有亚表层缺陷的熔石英光学元件在高能激光辐照下诱导产生表层微缺陷，而且随着辐照次数的增加，微缺陷的尺寸呈指数性增长，使得熔石英光学元件的通光性能、热力学特性被弱化，严重影响了强激光输出的能流密度及光学元件的使用寿命。因此，亚表层缺陷的存在对光学元件的性能是一种潜在危害，必须采取有效的手段减少其危害。

现阶段，对熔石英光学元件亚表层微缺陷的直接检测缺少行之有效的手段，通常采用间接检测的方法。通过化学刻蚀或紫外激光辐照光学元件表面，暴露亚表层缺陷，再用高分辨率相机进行快速检测，最后用红外激光修复暴露的微缺陷点，从而实现对亚表层缺陷的去除。化学刻蚀方法是采用酸或碱与熔石英材料中的SiO₂反应，将光学元件表层材料去除，达到暴露亚表层缺陷的目的，但同时会引入反应沉积物，造成光学元件表面粗糙度、面型精度降低，影响光学元件的通光性能。紫外激光辐照方法是通过扫描的方式辐照光学元件全口径表面，亚表层缺陷是低阈值点，在紫外激光辐照下，会引爆产生表层微缺陷，达到暴露的目的，该方法克服了化学刻蚀的一些缺点，在工程中已经有一定的应用。聚焦紫外光斑通过非球面入射到光学元件内部，将光斑聚焦到出光面上，实现聚焦光斑在出光面上扫描运动，辐照全口径。对于非球面入射面，紫外光斑在不同位置处的折射角不同，光学元件内部的传播路径不同，造成光程差不同。

现阶段为了实现对非球面光学元件表面进行全口径紫外光斑扫描预处理，首先确定得到光学元件出光平面上的扫描点坐标矩阵，然后根据非球面方程计算得到非球面上的坐标矩阵，最终输入到系统中实现全口径扫描。这种方法的缺点是未考虑到光斑在光学元件中的折射以及折射造成的光程差，导致出光面光斑的大小不恒定，能量不均衡，对紫外预处理的效果产生影响，最终导致亚表层缺陷暴露不彻底甚至产生表面损伤。

发明内容

本发明为解决现有紫外预处理技术出光面光斑的大小不恒定，导致紫外预处理效果差的问题，提供了一种非球面光学元件表面紫外预处理轨迹的规划方法。

本发明所述一种非球面光学元件表面紫外预处理轨迹的规划方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、以非球面光学元件非球面的顶点为原点、以回转曲线旋转轴为Z轴、以非球面光学元件侧边平行方向为Y轴、以非球面光学元件出光面平行方向为X轴建立加工坐标系，并得到入光面的非球面方程；

步骤二、设置紫外激光预处理过程的加工参数，所述加工参数包括光斑大小、加工速度以及光斑重叠率；

步骤三、分别计算X、Y和Z轴的补偿函数；所述补偿函数是由于光学元件非球面的存在导致的光路偏差；

步骤四、根据步骤三中得到的补偿函数计算扫描设备的运动函数。