5-36  光学亚表面损伤的探测和后处理技术

陈  宁  张清华

光学元件的损伤问题已成为高功率固体激光装置研制的核心问题，而紫外的损伤尤为严重。光学元件的激光损伤与能吸收能量的多种缺陷有关，例如：表面污染、表面擦伤和材料本体的缺陷（气泡或所含杂质）等。研究工作拟从光学元件的亚表面损伤入手，探测不同的光学制造工艺造成的特征亚表面缺陷，研究这些缺陷对激光损伤研制的影响。建立亚表面缺陷化学后处理装置，减少或消除亚表面缺陷所引起激光损伤的程度，为光学元件制造工艺选型提供必要的依据。

选用氢氟酸缓冲液作为腐蚀液，对熔石英基片进行了腐蚀，研究了化学腐蚀对熔石英基片表面的影响，包括基片的表面粗糙度在腐蚀前后的变化情况、不同的腐蚀时间对基片表面粗糙度带来的不同影响、不同的腐蚀时间对基片腐蚀深度的影响等。利用Marangoni界面效应对基片表面进行腐蚀，观察Marangoni界面效应在基片腐蚀过程中的应用结果。

实验中对同一浓度的腐蚀液，选取了一系列不同的腐蚀时间，观察不同的腐蚀时间对熔石英基片表面粗糙度带来的不同影响。研究结果表明，不同的腐蚀时间对基片表面粗糙度影响程度差别不大。但仔细观察可以发现，随着腐蚀时间的增加，基片的表面粗糙度有所改善。当腐蚀蚀时间较长，腐蚀深度较深时，在腐蚀界限附近观察到基片的表面异常现象，出现类似六边形的特殊图形。需要进一步的研究来解释这种现象出现的原因。对同一浓度的腐蚀液，选取了一系列不同的腐蚀时间，观察不同的腐蚀时间对熔石英基片腐蚀深度的影响。观察发现，腐蚀时间越长，腐蚀深度越深，腐蚀边界处的台阶越明显。而且基片的腐蚀深度与腐蚀时间基本成线性关系。

选用氢氟酸缓冲液作为腐蚀液，采用低沸点的有机溶剂做约束气体，利用Marangoni界面效应对光学元件表面进行腐蚀。为了完成该项实验，参与研制了一套设备。在利用Marangoni界面效应约束腐蚀区域的实验中，可以看见基片的腐蚀区域边界清晰；而不经过Marangoni界面效应约束，直接腐蚀的实验中，基片的腐蚀区域边界很不清晰。实验现象说明Marangoni界面效应在基片腐蚀过程中发挥了作用，可以较好地控制腐蚀区域的范围，得到清晰的腐蚀边界。