光學損傷元件損傷增長的抑制裝置和抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學材料與光學元件技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種光學損傷元件損傷增長的抑制裝置和抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熔石英是一種非常重要的光學元件，廣泛應用于高功率固體激光系統(tǒng)中。系統(tǒng)中用到各類大小口徑的高精度光學元件的數(shù)量達上萬件。其中，作為透鏡、窗口、反射鏡、偏振片和光柵材料的熔石英光學元件占據(jù)相當大的比例。雖然隨著研磨、拋光技術(shù)的不斷改進和提高，已大幅度提升熔石英光學元件表面質(zhì)量。但是，元件在高通量激光輻照下，表面仍然會產(chǎn)生初始損傷點，而且在后續(xù)激光的連續(xù)輻照下，損傷尺寸會呈指數(shù)式增長，以致發(fā)生災難性的破壞，嚴重影響光束傳輸質(zhì)量和光學元件使用壽命。因此，損傷修復或損傷增長的抑制具有非常重要的工程意義和經(jīng)濟價值。
[0003]為有效地提升熔石英光學元件的負載能力，延長熔石英光學元件使用壽命。目前國內(nèi)外報道的處理手段主要包括:等離子體刻蝕、二氧化碳激光定點局域或者全口徑掃描修復和氫氟酸刻蝕。等離子體刻蝕方法會在處理過程中通入四氟化碳氣體，這樣會殘留氟離子，從而污染恪石英光學元件(參見M.Kozlowski , S.Demos ,Z-L Wu，等，“3 ω Damage:Growth Mitigat1n” ,report ,UCRL-1D-142773);二氧化碳激光定點局域或全口徑掃描恪石英光學元件表面損傷后會形成較大的殘余應力(Y.Jiang，X.Xiang，C.M.Liu，等，“Effectof residual stress on laser-1nduced damage characterizat1n of mitigateddamage sites in fused silica，，，Journal of Non-Crystalline Solids,2015,410:88-95)，且影響熔石英光學元件的光傳輸特性(參見白陽，張麗娟，廖威，等，“熔石英損傷修復坑下游光場調(diào)制的數(shù)值模擬與實驗研究”，物理學報，2016，65(2):024205)。多次作用還可能形成氣泡(參見G.Guss，I.Bassa，V.Draggoo，等，Mitigat1n of growth of laserinitiated surface damage in fused silica using a 4.6μηι wavelength laser,SPIE,2007，6403:6403010和燒蝕(參見￥.^3即33丨3呢，(:.]\1.1^11，等，丁界0 localized C021asertreatment methods for mitigat1n of UV damage growth in fused silica，Chin.Phys.B，2012，21(6):064219)，以致修復區(qū)域在后續(xù)激光輻照下可能再次引發(fā)損傷。氫氟酸定點刻蝕損傷部分，可以有效地抑制損傷增長，但僅針對橫向尺寸小于20微米的損傷點，且只針對直徑為5厘米小口徑光學元件上的損傷點(參見L.W.Hrubesh，M.A.Norton,W.A.Molander,等，“Chemical Etch Effects on Laser-1nduced Surface Damage Growthin Fused Silica”，SPIE，2001，4347:553-559)，還不能滿足目前的實際需求。即使對于小口徑元件上大于20微米的損傷點進行刻蝕，刻蝕后也必須借助二氧化碳激光的二次處理(參見Y.Jiang，X.D.Yuan，S.B.He，等。“Mitigat1n of surface damage growth byhydrofluoric acid etching combined with carbon d1xide laser treatment”，Optical Engineering，2012，51(8)，08430，)，導致應力等問題，同時因沒有相應的保護措施，刻蝕會造成對元件表面的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種光學損傷元件損傷增長的抑制裝置和抑制方法。該裝置和方法可以用于對各種尺寸光學元件表面損傷增長的抑制，避免元件表面在刻蝕過程中造成的污染，以達提升光學元件抗激光損傷的能力，延長光學元件的使用壽命的目的。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]—種光學損傷元件損傷增長的抑制裝置，其特點在于，該裝置包括:三維移動控制臺、角度調(diào)整臺、元件夾具、元件清洗槽、超聲清洗槽、暗場成像CCD相機組件、刻蝕圍欄制作器、第一平移控制臺、第二平移控制臺、監(jiān)控CCD、擋光板、顯示控制處理系統(tǒng)和帶刻度的塑料毛細管:
[0007 ]所述的角度調(diào)整臺固定在所述的三維移動控制臺上，所述的元件夾具固定在所述的角度調(diào)整臺上，所述的元件夾具供光學元件的夾持和固定，在所述的元件夾具的上方設置所述的第二平移控制臺，在該第二平移控制臺上分別設置所述的暗場成像CCD相機組件和第一平移控制臺，在所述的第一平移控制臺上設置所述的刻蝕圍欄制作器，在所述的第一平移控制臺的一側(cè)向所述的刻蝕圍欄制作器設置所述的監(jiān)控CCD，在所述的元件夾具的下方設置所述的元件清洗槽和超聲清洗槽，在所述的元件夾具和所述的元件清洗槽和超聲清洗槽之間還有可移動的擋光板，所述的暗場成像CCD相機組件、刻蝕圍欄制作器和監(jiān)控CCD的輸出端與所述的顯示控制處理系統(tǒng)的輸入端相連，所述的顯示控制處理系統(tǒng)的輸出端分別與所述的三維移動控制臺、角度調(diào)整臺、刻蝕圍欄制作器、第一平移控制臺、第二平移控制臺的控制端相連。
[0008]所述的暗場成像CCD相機組件包括CCD相機、相機鏡頭和LED環(huán)形光源，所述的LED環(huán)形光源用于提供暗場成像時的照明光源，所述的相機鏡頭用于將光學元件表面成像到CCD相機的感光面。
[0009]所述的顯示控制處理系統(tǒng)為計算機。
[0010]所述的刻蝕圍欄制作器由活塞、唧筒和置于所述的唧筒內(nèi)的硅脂構(gòu)成。
[0011]所述的擋光板為表面粗糙的全黑色擋板。
[0012]利用上述裝置抑制光學損傷元件損傷增長的方法，該方法包括以下步驟:
[0013]I)將待處理的光學元件安裝到所述的元件夾具上；
[0014]2)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的三維移動控制臺并調(diào)整所述的角度調(diào)整臺的角度，將所述的光學元件移動至所述的元件清洗槽中，采用去離子水對光學元件前后表面進行漂洗和噴淋，清洗后采用無水乙醇進行脫水處理；
[0015]3)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的第二平移控制臺，將所述的暗場成像CCD相機組件移動至第二平移控制臺的工作原點位置;驅(qū)動所述的三維移動控制臺并調(diào)整角度調(diào)整臺的角度，將所述的光學元件移動至暗場成像CCD相機組件前，調(diào)整所述的元件夾具使所述的元件夾具的工作原點與所述的第二平移控制臺的工作原點同軸，微調(diào)所述的三維移動控制臺，使所述的光學元件的上表面處于所述的暗場成像CCD相機組件焦平面，將所述的擋光板放置在元件夾具與元件清洗槽和超聲清洗槽之間；
[0016]4)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的暗場成像CCD相機組件對所述的光學元件進行拍攝并傳輸給所述的顯示控制處理系統(tǒng)，所述的顯示控制處理系統(tǒng)對拍攝圖像進行拼接處理，確定光學元件待處理的損傷點并對損傷點進行數(shù)量統(tǒng)計與尺寸分析；
[0017]5)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的三維移動控制臺，將待處理的光學元件的一個待處理的損傷點移至所述的第二平移控制臺的工作原點對應并同軸；
[0018]6)所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的第一平移控制臺，將所述的刻蝕圍欄制作器移動至第二平移控制臺的工作原點位置，移動所述的第二平移控制臺將所述的刻蝕圍欄制作器并通過所述的監(jiān)控CCD對準待處理的損傷點，當所述的刻蝕圍欄制作器對準該損傷點后，通過所述的刻蝕圍欄制作器對所述的損傷點注入高真空硅酯，形成刻蝕圍欄；
[0019]7)重復步驟5和步驟6，對光學元件所有待處理的損傷點制作刻蝕圍欄；
[0020]8)按照損傷點的尺寸從大到小的順序，所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的三維移動控制臺依次將帶有刻蝕圍欄的損傷點移動至監(jiān)控CCD的視場范圍，采用帶刻度的塑料毛細管對有刻蝕圍欄的損傷點依次注入氫氟酸溶液，所述的監(jiān)控CCD判斷刻蝕溶液的注入量，對損傷點進行刻蝕；
[0021]9)刻蝕完成后，撤離所述的擋光板，所述的顯示控制處理系統(tǒng)驅(qū)動所述的三維移動控制臺并調(diào)整角度調(diào)整臺的角度，將刻蝕處理后的光學元件移動至所述的元件清洗槽中，采用去離子水對光學元件前后表面進行漂洗并噴淋，同時采用光學元件擦拭布協(xié)助清洗元件表面的硅酯，清洗后采用無水乙醇進行脫水處理；