CN106007406B - 米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法，包括环形抛光、反射面离子束均匀去除、透射面离子束修复步骤。本发明有效地修复米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面的波前梯度、钝化光学表面的划痕，加工出全频段指标和表面划痕均满足高功率激光系统要求的米级大口径激光钕玻璃元件，尤其是波前梯度能够满足高功率激光系统的要求，同时表面划痕也满足高功率激光系统的要求。

Description

米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕 钝化的加工方法

技术领域

本发明属于米级大口径光学元件光学冷加工领域，特别是米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学平面波前梯度修复及表面划痕钝化的加工方法。

技术背景

在高功率激光系统中，为获得比较理想的高质量的光束，用于其中的精密光学元件的面型不仅需要有较高的波前误差精度，同时还需满足高功率激光系统对波前梯度和表面划痕的要求。高功率激光系统中大口径米级光学元件的透射面型具体指标如下：PV≤λ/3，GRMS1≤6.1nm/cm，GRMS2≤4.4nm/cm，PSD1RMS≤1.8nm，PSD2RMS≤1.1nm，表面粗糙度Rq≤1nm，且反射面与透射面的划痕均合格。

磷酸盐激光钕玻璃光元件是高功率激光系统的增益介质，起激光放大的作用，是ICF激光驱动器中的关键元件之一，用于高功率激光系统的磷酸盐激光钕玻璃的尺寸为810mm×460mm×40mm。米级大口径磷酸盐激光钕玻璃的加工难度主要来自于钕玻璃自身的化学稳定性差、材质软，样片的尺寸大、径厚比大以及高精度表面加工质量要求，可以说米级大口径磷酸盐钕玻璃是ICF激光驱动器中加工难度最高的平面光学元件之一。

由于数控加工设备不可避免地会引入高频残差，而环形抛光具有优异的中高频误差控制能力，因此，传统的环形抛光技术尽管受到抛光工具的限制，但目前依旧是高精度米级大口径磷酸盐激光钕玻璃元件加工的主要技术途径。目前国内在环形抛光技术方面与国际先进水平存在很大的差距，边缘效应、热积聚效应、以及环形抛光的不确定性等使得国内现有环形抛光技术还不能够实现高精度米级大口径激光钕玻璃元件的制造。由于大型环形抛光机床本身的限制，米级大口径磷酸盐激光钕玻璃的波前误差、波前梯度以及表面划痕一般很难同时达到高功率激光系统的要求，目前，国内现有的环形抛光技术可以实现大口径磷酸盐激光钕玻璃高精度透射波前的加工，然而在波前梯度和表面划痕上还有许多不足，距离高功率激光系统对大口径激光元件的要求还有一定的差距。因此，提出了一种米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法。

发明内容

本发明提供一种米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法，实现了对米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度的修复和划痕的钝化。

本发明的技术解决方案如下：

一种米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

步骤1)、环形抛光：利用大型环形抛光机床抛光米级大口径磷酸盐激光钕玻璃的反射面和透射面，蜡盘的转速为：0.2～0.4rpm，工件环的转速为：0.3～0.6rpm，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的透射面型，当透射面型PV达到λ/3，则透射面型环形抛光完毕，进入步骤2，否则，继续环形抛光。

步骤2)、反射面离子束均匀去除：利用离子束抛光设备加工大口径磷酸盐激光钕玻璃反射面，光斑束径为1～8cm，光束垂直打到激光钕玻璃表面，均匀去除钕玻璃反射面10～100nm，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的反射面，当反射面面形PV达到0.2λ～0.3λ，且表面划痕同时合格时，进入步骤3，否则，继续反射面离子束均匀去除；

步骤3)、透射面离子束修复：

利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测均匀去除后的透射面型，将透射面型误差取反后记录为S(x,y)；

应用离子束修形进行去除函数实验，获取去除函数P(x,y)；

根据S(x,y)、P(x,y)与确定性修形加工控制所需的驻留时间函数T(x,y)之间的卷积关系，S(x,y)＝P(x,y)*T(x,y)，利用反卷积计算方法计算出所述驻留时间函数T(x,y)；

基于计算出的驻留时间函数T(x,y)对大口径磷酸盐激光钕玻璃透射面进行加工，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的透射面型，直到各个参数满足高功率激光系统大口径米级光学元件的透射面型的要求，尤其是波前梯度能够满足高功率激光系统的要求，同时表面划痕也满足要求，则透射面加工完毕，即米级大口径磷酸盐激光钕玻璃加工完毕；

本发明的技术效果如下：

在传统的环形抛光之后，采用离子束技术，可以有效地控制米级大口径磷酸盐激光钕玻璃的加工精度、修复波前梯度以及钝化划痕，能够制造出符合高功率激光系统指标要求的米级大口径磷酸盐激光钕玻璃元件。

具体实施方式

本发明提供一种米级大口径(径向尺寸约为1米)磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法，在环形抛光的基础上，采用离子束修复技术实现了对米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度的修复和划痕的钝化。

具体包括下列步骤：

步骤1)、环形抛光：利用大型环形抛光机床抛光米级大口径磷酸盐激光钕玻璃的反射面和透射面，蜡盘的转速为：0.2～0.4rpm，工件环的转速为：0.3～0.6rpm，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的透射面型，当透射面型PV达到λ/3，则透射面型环形抛光完毕，进入步骤2)，否则，继续环形抛光；

步骤2)、反射面离子束均匀去除：利用离子束抛光设备加工大口径磷酸盐激光钕玻璃反射面，光斑束径为1～8cm，光束垂直打到激光钕玻璃表面，均匀去除钕玻璃反射面10～100nm，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的反射面，当反射面面型PV达到0.2λ～0.3λ，且表面划痕合格时，进入步骤3)，否则，继续反射面离子束均匀去除；

步骤3)、透射面离子束修复：

利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测均匀去除后的透射面型，将透射面型误差取反后记录为S(x,y)；

应用离子束修形进行去除函数实验，获取去除函数P(x,y)；

根据S(x,y)、P(x,y)与确定性修形加工控制所需的驻留时间函数T(x,y)之间的卷积关系S(x,y)＝P(x,y)*T(x,y)，利用反卷积计算方法计算出所述驻留时间函数T(x,y)；

根据计算出的驻留时间函数T(x,y)对大口径磷酸盐激光钕玻璃透射面进行加工，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的透射面型，直到各个参数满足高功率激光系统大口径米级光学元件的透射面型的要求，且表面划痕也满足要求，则透射面加工完毕，即米级大口径磷酸盐激光钕玻璃加工完毕。

经试验表明，通过离子束修复技术，可以有效地修复米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面的波前梯度、钝化光学表面的划痕，可以加工出全频段指标和表面划痕均满足高功率激光系统要求的米级大口径激光钕玻璃元件，尤其是波前梯度能够满足高功率激光系统的要求，同时表面划痕也满足高功率激光系统的要求。

Claims (1)

1.一种米级大口径磷酸盐激光钕玻璃光学表面波前梯度修复及划痕钝化的加工方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

步骤1)、环形抛光：利用大型环形抛光机床抛光米级大口径磷酸盐激光钕玻璃的反射面和透射面，蜡盘的转速为：0.2～0.4rpm，工件环的转速为：0.3～0.6rpm，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的透射面型，当透射面型PV达到λ/3，则透射面型环形抛光完毕，进入步骤2)，否则，继续环形抛光；

步骤2)、反射面离子束均匀去除：利用离子束抛光设备加工大口径磷酸盐激光钕玻璃反射面，光斑束径为1～8cm，光束垂直打到激光钕玻璃表面，均匀去除钕玻璃反射面10～100nm，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的反射面，当反射面面型PV达到0.2λ～0.3λ，且表面划痕合格时，进入步骤3)，否则，继续反射面离子束均匀去除；

步骤3)、透射面离子束修复：

利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测均匀去除后的透射面型，将透射面型误差取反后记录为S(x,y)；

应用离子束修形进行去除函数实验，获取去除函数P(x,y)；

根据S(x,y)、P(x,y)与确定性修形加工控制所需的驻留时间函数T(x,y)之间的卷积关系S(x,y)＝P(x,y)*T(x,y)，利用反卷积计算方法计算出所述驻留时间函数T(x,y)；

根据计算出的驻留时间函数T(x,y)对大口径磷酸盐激光钕玻璃透射面进行加工，利用600mm口径干涉仪在布儒斯特角度下检测抛光后的透射面型，直到各个参数满足高功率激光系统大口径米级光学元件的透射面型的要求，且表面划痕也满足要求，则透射面加工完毕，即米级大口径磷酸盐激光钕玻璃加工完毕。