基于CO2激光快速抛光的熔石英元件光滑无损表面形成机制

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摘要: 传统机械加工方法引入的表面缺陷在高功率激光辐照下易产生不可逆的激光损伤，从而降低熔石英光学元件在高功率激光装置中的高使役性能。和传统的机械加工方法相比，激光抛光可形成光滑无损表面，因此激光抛光在光学元件的加工中得到了越来越广泛的应用。本研究致力于揭示多光斑耦合、高能量密度激光抛光下光滑无损表面的形成机制。通过数值仿真模拟揭示了激光抛光的表面形成机制，并在实验中进行了验证。仿真计算的激光抛光深度以及抛光后形成的表面形貌和实验结果吻合较好。为了进一步优化激光抛光后的表面质量，对激光抛光参数（如光斑重叠率、脉冲宽度和抛光次数）进行了优化。结果表明，CO2激光抛光的面加工效率可达到8.68mm2/s，并且抛光后的表面粗糙度优于25nm。此外，激光抛光有效去除了熔石英元件磨削过程中引入的微裂纹等缺陷，形成无损表面，并且激光抛光的纵向去除率可达3.88μm/s，其去除率远大于传统机械抛光加工方法。CO2激光快速抛光可快速实现光滑无损表面加工，对提升高功率固体激光装置用熔石英元件的加工表面质量具有重要意义。