熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112759276A(43)申请公布日2021.05.07(21)申请号202110006705.4(22)申请日2021.01.05(71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究所地址201800上海市嘉定区清河路390号(72)发明人周丽姜有恩任志远李学春朱健强(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人张宁展(51)Int.Cl.C03C17/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法及装置(57)摘要本发明公开了一种熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法及装置，所述方法首先全部清除熔石英光学元件表面缺陷及其周围受影响区域的材料，然后以二氧化碳激光为热源，采用化学气相沉积的方法在缺陷清除后留下的凹坑内高精度沉积新的熔石英材料来填充凹坑至熔石英元件表面平整并原位进行激光退火。本发明通过激光化学气相沉积和激光退火进行熔石英元件表面缺陷的增材修复，确保了缺陷修复后表面光滑平整，大大提高了熔石英光学元件的抗损伤能力。并且，该方法具有位置精度高、沉积量可控、速度快的特点，能够有选择性地修复表面的缺陷点而不对元件其他区域造成破坏，适用于划痕、杂质、裂纹、损伤点等任意种类缺陷的修复。CN112759276ACN112759276A权利要求书1/2页1.一种熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：1)筛查定位熔石英光学元件表面缺陷点所在位置，清除缺陷及其周围受影响区域的材料；2)采用激光化学气相沉积的方法在该元件缺陷材料清除后的凹坑内沉积新的熔石英材料，具体步骤如下：①将缺陷区域材料完全清除后的元件装入密封反应腔体中；②将密封反应腔体抽真空至设定真空度；③将激光聚焦在该元件表面上一个缺陷点所在的待修复区域；④监测沉积状态，控制气相沉积速率和沉积的横向和纵向范围；⑤设定SiO2前驱体流量和载气流速，并输送SiO2前驱体至密封反应腔体中；⑥设定激光功率和焦斑直径并辐照该元件表面待修复区域使该区域温度升至激光化学气相沉积所需的设定温度，沉积特定量的SiO2于该元件表面缺陷清除后留下的凹坑内；⑦激光辐照至设定时长后停止输送SiO2前驱体，并用洁净气体冲掉反应副产物和残留的SiO2前驱体；⑧设定激光功率和焦斑直径使熔石英光学元件表面待修复区域温度升至激光退火所需的设定温度，辐照⑥中所沉积的SiO2至设定时长，进行SiO2退火，释放SiO2沉积后的应力并降低粗糙度；⑨重复④至⑧，直至该缺陷点所在处凹坑填补完全且表面平整光滑；⑩重复③至⑨，直至该元件所有缺陷点全部被修复。2.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述SiO2前驱体为正硅酸乙酯或硅烷。3.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述的清除缺陷及其周围受影响区域的材料，具体采用超短脉冲激光。4.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述载气为纯度99.9999％的氮气、氩气或氦气。5.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述洁净气体为纯度99.9999％的氮气、氩气或氦气。6.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述密封反应腔体的真空度范围是10～105Pa。7.根据权利要求1所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法，其特征在于，所述激光化学气相沉积温度及激光退火温度均低于熔石英材料的蒸发温度，范围是500～3000℃。8.根据权利要求7所述的增材修复方法，其特征在于，所述激光化学气相沉积温度及激光退火温度的改变是通过改变待修复区域表面的激光辐照功率和焦斑直径来改变的，即达到稳态时激光辐照区域中心点的温度变化量ΔT近似为2CN112759276A权利要求书2/2页其中d为高斯型焦斑的焦斑直径，P为激光辐照功率，ke为等效热导率，R为熔石英光学元件表面对辐照激光的反射率。9.根据权利要求8所述的增材修复方法，其特征在于，所述激光波长下熔石英材料的吸收长度很短，激光热源近似为面热源，波长可以为10.6μm、10.2μm或9.3μm。10.一种实施权利要求1‑9任一所述的熔石英光学元件表面缺陷的增材修复方法的装置，其特征在于，所述装置包括：SiO2前驱体供应系统，用于提供并输送沉积SiO2所需的前驱体至密封反应腔体中，以及冲掉反应副产物和残留的SiO2前驱体所需的洁净气体；密封反应腔体，用于提供SiO2前驱体在激光加热下反应生成SiO2所需要的反应场所；激光传输控制组件，用于传输激光并将其聚焦于熔石英光学元件待修复缺陷区域，以及控