[发明专利]利用CO2

说明书

一种利用COsubgt;2/subgt;脉冲激光层析烧蚀表征熔石英玻璃元件亚表面缺陷分布的方法，首先确定脉冲COsubgt;2/subgt;激光烧蚀平台的层析分辨率，之后建立脉宽与烧蚀深度间的关系，然后建立不同层析分辨率下烧蚀层数与烧蚀深度的关系，最后选取所需的层析精度并结合在线CCD成像对亚表面缺陷进行成像表征，获得亚表面缺陷深度及亚表面缺陷随深度的演变规律。本发明具有简单、便捷的特点，可对亚表面缺陷深度、形貌和分布进行直接精确表征，层析分辨率可达5nm，尤其是可实现数百微米级深度亚表面缺陷的表征，有效解决了因缺乏数百微米级亚表面缺陷深度表征方法而阻碍提升熔石英元件损伤阈值的难题。

技术领域

本发明涉及光学元件制造，特别是一种利用CO₂脉冲激光层析烧蚀表征熔石英玻璃元件亚表面缺陷分布的方法。

背景技术

光学元件制造初成形过程中的切割、研磨等机械式加工过程会在材料亚表面引入缺陷(通常以微裂纹的形式出现)，亚表面缺陷的引入不仅会削弱材料的强度，还会发展为损伤前驱体，进而抑制元件抗激光损伤性能的提升及影响元件使用寿命。为此，在后续的抛光过程中，需要抛光深度至残余裂纹的最大深度，即为成功处理并消除亚表面缺陷，了解在制造过程中引入的亚表面缺陷的深度和分布非常重要。

为有效抑制/消除亚表面缺陷以获得近完美加工表面，近年来多种破坏性(界面胶合、磁流变抛光斜面、化学刻蚀)/非破坏性(粗糙度/加工粒径预测、共聚焦显微、全内反显微)的缺陷深度表征方法被开发出来，其中磁流变抛光斜面法是目前被广泛应用于加工过程中亚表面缺陷表征的一种直观、可靠的方法。然而，磁流变抛光斜面法在表征亚表面缺陷时，需要在基底上加工一个由表及里的斜面，而这一过程通常耗时几个小时，因此该方法适用于表征深度小于百微米的亚表面缺陷，加工更深的斜面不但效率上难以接受，更有可能引入新的缺陷。而实际切割、研磨过程中，部分纵向微裂纹可能向基底内部延伸几百微米，为表征该深度的亚表面缺陷，需要发展新的亚表面缺陷快速表征方法。

发明内容

基于上述已有基底亚表面缺陷表征方法的不足，本发明的目的是提供一种利用CO₂脉冲激光层析烧蚀表征熔石英玻璃元件亚表面缺陷分布的方法，该方法解决了光学元件制造过程中数百微米深亚表面缺陷难表征问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种利用CO₂脉冲激光层析烧蚀表征熔石英玻璃元件亚表面缺陷分布的方法，包括下列步骤：

1)搭建CO₂脉冲激光烧蚀平台，包括CO₂激光器，沿CO₂激光器输出的连续激光方向依次是外部衰减装置、声光调制器、扩束镜、透反镜、二维振镜扫描系统聚焦到放置在三维位移平台上的样品上，照明光源透过所述的样品后依次通过所述的二维振镜扫描系统、透反镜、反射镜和聚焦透镜到达CCD相机，所述的CCD相机的输出端与计算机的输入端相连，所述的计算机的输出端与所述的三维位移平台的控制端相连，通过所述的计算机控制所述的三维位移平台的移动实现不同烧蚀区域的选取，粉尘收集装置对烧蚀产物进行收集，将定标熔石英玻璃样品放置在脉冲CO₂激光烧蚀平台的样品台上，所述的CO₂激光器输出的连续激光通过外部衰减装置后入射到所述的声光调制器，该声光调制器将所述的连续激光调制成矩形脉冲激光，所述的矩形脉冲激光通过二维振镜扫描系统(6)后聚焦入射到样品上，聚焦光斑半径ω为83.5μm，，所述的样品台放置在三维移动平台上，调节所述的三维移动平台，使所述的定标熔石英玻璃样品的上表面置于所述的矩形脉冲激光焦点位置处，所述的定标熔石英玻璃样品为机械抛光样品，RMS1nm；