熔石英光学元件表面微区离子束修饰技术研究

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1、电子科政技大学ＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＩＮＡ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ论文题：熔石英光学元件表面微区离子束修饰技术研究学科专业光学学号２０１４２１０４０１３２作者姓名周波指导教师祖小涛教授IonBeamModificationofSurfaceMicro-areaofFusedSilicaOpticalComponentsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnol

2、ogyofChinaDiscipline:OpticsAuthor:ZhouBoSupervisor:Prof.ZuXiaotaoSchool:SchoolofPhysicalElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。＊ｔ〇／２作者签名：农日期：ｄ／

3、７年５月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）说疚导师签名、：々从４作者签名：也￣日期：２＾年１月丨７日摘要摘要在高功率固体激光装置中，熔石英光学元件有着大量的应用。为了提升熔石英的透光性，往往会在熔石英表面镀制增透膜，但这些光学膜层容易受到激光损伤和环境污

4、染。此外，在利用CO2激光器修复熔石英表面大尺寸缺陷过程中，因使用的激光功率较大，修复坑周围会形成烧蚀碎片和凸起圆环。如果不及时去除这些存在较大安全隐患的光学膜层、烧蚀碎片和凸起圆环，在强激光辐照下很容易诱发新的损伤和加速损伤增长，从而极大地降低了元件的损伤阈值。因此，如何提高熔石英元件的激光损伤阈值，成为了目前高功率固体激光器的一个研究热点。本文利用离子束刻蚀技术去除熔石英表面的三倍频膜层以及熔石英元件修复区周围的烧蚀碎片和凸起圆环，对熔石英元件表面进行微区修饰，以提高熔石英光学元件的损伤阈值。工作内容主要有以下几个方面：(1)从物理刻蚀机制的角度分析离子束刻蚀的基本原理，

5、掌握了离子束刻蚀的物理过程，对离子束刻蚀效果起主要作用的因素包括离子束束压、离子束入射角度、离子束流密度以及离子的原子序数。+(2)利用TRIM软件仿真了Ar离子束刻蚀熔石英表面的物理过程，分别获得了离子束压、离子束入射角度、离子束流密度与离子束刻蚀速率、刻蚀深度、损伤大小之间的变化规律。(3)探究了K9玻璃表面SiO2膜去除实验的离子束刻蚀去除规律，所得实验结果与TRIM仿真结果有一定的偏差，但总体变化规律相一致。(4)以TRIM仿真结论和K9玻璃表面SiO2膜去除实验为指导，完成了利用离子束去除熔石英表面三倍频膜层的实验，验证了利用离子束刻蚀技术较好去除熔石英表面三倍频膜

6、层的可行性，同时获得了最佳的离子束压大小。(5)根据烧蚀碎片和凸起圆环的结构特点构建物理几何模型，并结合前期探索出的离子束刻蚀规律，从理论上获得了最佳离子束刻蚀参数。再通过离子束去除熔石英修复区烧蚀和凸起的实验，验证了利用离子束刻蚀技术去除熔石英表面修复区烧蚀和凸起圆环的可行性。关键词：离子束刻蚀，熔石英，损伤阈值，凸起圆环，刻蚀速率IABSTRACTABSTRACTFusedsilicaopticalcomponentsarewidelyusedinhighpowersolid-statelaserdevices.However,theanti-reflectivefilm

7、coatedonsurfaceoffusedsilicatoenhanceitstransmittancetendstobesusceptibletodamagebylaserandbepollutedbytheserviceenvironment.Inaddition,itiseasytoformablateddebrisandraisedringaroundthemitigatedpitbecauseofthelargepowerwhenCO2laserisusedtomitigatelargede