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深度解讀

通過復(fù)合激光拋光和化學(xué)腐蝕來實(shí)現(xiàn)高損傷閾值的熔融硅

星之球科技 來源:江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2020-11-03 我要評(píng)論(0 )   

導(dǎo)讀:激光損傷熔融的硅,尤其是采用紫外激光進(jìn)行損傷的時(shí)候,仍然是一個(gè)限制高功率激光發(fā)展的問題。近日,來自上光所的研究人員,復(fù)合化學(xué)腐蝕和CO2激光拋光技術(shù)進(jìn)行加...

導(dǎo)讀:激光損傷熔融的硅,尤其是采用紫外激光進(jìn)行損傷的時(shí)候,仍然是一個(gè)限制高功率激光發(fā)展的問題。近日,來自上光所的研究人員,復(fù)合化學(xué)腐蝕和CO2激光拋光技術(shù)進(jìn)行加工熔融硅。此外,復(fù)合工藝可以減少引入光活性金屬雜質(zhì)元素、破壞性缺陷、化學(xué)結(jié)構(gòu)缺陷的可能,導(dǎo)致0% 的可能損傷閾值,達(dá)到接近33%的高于傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械腐蝕拋光的樣品,加工條件為7.6 ns 脈沖和波長(zhǎng)為355 nm。

圖 (a)激光拋光系統(tǒng);(b) 在復(fù)合加工過程中的表面形貌的變化;

激光損傷熔融的硅,尤其是紫外激光的損傷,仍然是一個(gè)限制高功率激光系統(tǒng)的應(yīng)用問題的一大限制。傳統(tǒng)的加工熔融硅的辦法仍然是通過磨加工和化學(xué)機(jī)械拋光的辦法進(jìn)行。這一辦法要獲得超光滑的表面是非常耗時(shí)的,同時(shí)還非常容易導(dǎo)致表面和次表面形成缺陷,從而導(dǎo)致熔融的硅的表面損傷閾值的顯著下降。

圖2 典型的激光損傷熔融硅的表面SEM形貌,HF-LP和 CMP 在相同的激光作用下的結(jié)果

最近,來自上海光機(jī)所 的研究團(tuán)隊(duì)復(fù)合化學(xué)腐蝕和CO2激光拋光來加工熔融的硅。化學(xué)腐蝕用來在熔融的硅上開辟出一個(gè)次表面的缺陷。緊隨著,CO2激光拋光技術(shù)用來降低表面的粗糙度。

這一復(fù)合技術(shù)不僅可以顯著得獲得超級(jí)光滑的表面且非常低的粗糙度,但同時(shí)也提高了熔融硅的損傷容限。這一工作發(fā)表在近期出版得期刊《 Optics Letters》上。

采用CO2激光進(jìn)行激光輻照熔融硅時(shí)的2D數(shù)值模擬圖

通過損傷形貌和缺陷的分析,這一復(fù)合工藝的研究結(jié)果表明可以避免引入表面和次表面的缺陷,包括破壞性缺陷、化學(xué)結(jié)構(gòu)類型的缺陷和光活性金屬雜質(zhì)元素以及獲得具有低表面缺陷密度的熔融的硅,因此可以獲得更加好的損傷阻力。

采用CO2激光進(jìn)行輻照熔融硅時(shí)的形貌變化和溫度場(chǎng)

文章封面

文章來源:Zhen Cao et al. Ground fused silica processed by combined chemical etching and CO2 laser polishing with super-smooth surface and high damage resistance, Optics Letters (2020). DOI: 10.1364/OL.409857

Li Zhou et al. Numerical and Experimental Investigation of Morphological Modification on Fused Silica Using CO2 Laser Ablation, Materials(2019). DOI: 10.3390/ma12244109


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