近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部研究團隊在激光層析燒蝕去除并表征亞表面缺陷研究中取得進展。研究首次揭示了亞表面缺陷在激光逐層燒蝕下的演化規(guī)律。相關研究成果以“Evolution mechanism of subsurface damage during laser machining process of fused silica”為題發(fā)表于Optics Express。

伴隨著現(xiàn)代光學技術的發(fā)展，熔石英元件紫外激光誘導損傷問題嚴重制約了高功率激光系統(tǒng)的發(fā)展。目前接觸式研拋工藝不可避免地會產(chǎn)生亞表面缺陷，且難以被后處理完全去除，這嚴重縮短了熔石英元件使用壽命。與此同時，傳統(tǒng)的亞表面缺陷檢測方法只能對局部信息進行間接測量，難以表征深亞表面缺陷。

在之前的研究中【Light: Advanced Manufacturing 4(3),181-194 (2023),Optics Express 31(22),36359-36375 (2023)】，研究團隊基于微秒脈沖激光低應力均勻燒蝕技術提出了激光層析燒蝕表征亞表面缺陷的方法，并將其耦合到材料快速去除過程中，實現(xiàn)了對亞表面缺陷深度、分布等信息的定量獲取及有效去除。

在本項工作中，研究人員建立了考慮光場調(diào)制的激光層析燒蝕多物理場模型，并采用飛秒激光預制了不同形貌的亞表面缺陷，準確預測亞表面缺陷深度數(shù)值，揭示亞表面缺陷在激光逐層燒蝕下的演化規(guī)律，并提出亞表面缺陷深度演變的三個階段。這表明采用本方法不會導致亞表面缺陷的延伸，從而驗證了利用激光層析燒蝕去除并表征亞表面缺陷的可行性與準確性。

相關工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市揚帆計劃等基金的支持。

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圖1 亞表面缺陷預制及激光層析燒蝕表征亞表面缺陷過程

圖2 激光層析燒蝕多物理場模型

圖3 亞表面缺陷演變規(guī)律