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熔石英元件小尺寸集群损伤修复及检测技术 (特邀)

石峰 乔硕 邓明杰 宋辞 铁贵鹏 田野 郝群 王姗姗 周海峰 陈坚 孙国燕 申箫

石峰, 乔硕, 邓明杰, 宋辞, 铁贵鹏, 田野, 郝群, 王姗姗, 周海峰, 陈坚, 孙国燕, 申箫. 熔石英元件小尺寸集群损伤修复及检测技术 (特邀)[J]. 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20220539. doi: 10.3788/IRLA20220539
引用本文: 石峰, 乔硕, 邓明杰, 宋辞, 铁贵鹏, 田野, 郝群, 王姗姗, 周海峰, 陈坚, 孙国燕, 申箫. 熔石英元件小尺寸集群损伤修复及检测技术 (特邀)[J]. 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20220539. doi: 10.3788/IRLA20220539
Shi Feng, Qiao Shuo, Deng Mingjie, Song Ci, Tie Guipeng, Tian Ye, Hao Qun, Wang Shanshan, Zhou Haifeng, Chen Jian, Sun Guoyan, Shen Xiao. Small-scale cluster damage mitigation and detection on fused silica surface (invited)[J]. Infrared and Laser Engineering, 2022, 51(9): 20220539. doi: 10.3788/IRLA20220539
Citation: Shi Feng, Qiao Shuo, Deng Mingjie, Song Ci, Tie Guipeng, Tian Ye, Hao Qun, Wang Shanshan, Zhou Haifeng, Chen Jian, Sun Guoyan, Shen Xiao. Small-scale cluster damage mitigation and detection on fused silica surface (invited)[J]. Infrared and Laser Engineering, 2022, 51(9): 20220539. doi: 10.3788/IRLA20220539

熔石英元件小尺寸集群损伤修复及检测技术 (特邀)

doi: 10.3788/IRLA20220539
基金项目: 国家重点研发计划(2021YFC2202403-2, 2020YFB2007504);国家自然科学基金(62175259)
详细信息
    作者简介:

    石峰,男,研究员,博士,主要从事光学元件超精密加工方面的研究

  • 中图分类号: TN249

Small-scale cluster damage mitigation and detection on fused silica surface (invited)

Funds: National Key Research and Development Program of China(2021YFC2202403-2, 2020YFB2007504);National Natural Science Foundation of China (62175259)
  • 摘要: 针对现有小尺寸集群损伤修复及检测技术仍不完善的问题,重点研究亚表面缺陷多模态原位检测方法,从损伤样件表面损伤数量和尺寸、典型小尺寸损伤的形貌、光热吸收、荧光面积等多项指标进行了系统测量和分析,并开展了磁流变修复研究。研究结果表明:熔石英小尺寸损伤内部的吸收性杂质是影响元件性能的主要因素,在磁流变缎带接触到损伤底部前,损伤的整体吸收和荧光分布呈上升趋势;高重频激光对磁流变修复后的损伤辐照过程是一个由慢变快、由杂质到本体、由边缘逐渐向外扩张的过程,能够有效对磁流变修复后的表面进一步起到修复作用,可作为组合修复工艺的第三道工序。研究结果对光学元件检测表征体系的构建提供参考。
  • 图  1  激光损伤阈值测试平台

    Figure  1.  Laser damage threshold test platform

    图  2  磁流变修复损伤实物图

    Figure  2.  Magnetorheological repair damage

    图  3  多模态原位检测装置硬件结构图

    Figure  3.  Hardware structure diagram of multi-mode in-situ detection device

    图  4  逆向哈特曼阵列拼接测量原理图

    Figure  4.  Principle of Reverse Hartman array splicing measurement

    图  5  磁流变去除损伤剖面图

    Figure  5.  Magnetorheological damage removal profile

    图  6  磁流变去除拖尾整体流程图

    Figure  6.  The overall flow chart of magnetorheological removal of tailing

    图  7  不同修复深度下损伤暗场成像图[21]

    Figure  7.  Dark field imaging of damage at different repair depths[21]

    图  8  损伤尺寸与数量随修复深度演变规律

    Figure  8.  Evolution of damage size and number with repair depth

    图  9  损伤的微观形貌演变[21]

    Figure  9.  Microstructure evolution of damage[21]

    图  10  损伤的剖面结构曲线[21]

    Figure  10.  Damaged section structure curve[21]

    图  11  损伤荧光分布图[21]

    Figure  11.  Damage fluorescence distribution[21]

    图  12  损伤荧光面积百分比

    Figure  12.  Percentage of damaged fluorescence area

    图  13  损伤的吸收峰值

    Figure  13.  Peak value of damage absorption

    图  14  损伤的吸收平均值

    Figure  14.  Average value of damage absorption

    图  15  损伤激光共聚焦成像图

    Figure  15.  Damage laser confocal imaging

    图  16  损伤三维测量图

    Figure  16.  Three-dimensional measurement of damage

    图  17  损伤横向尺寸及深度演变曲线

    Figure  17.  Transverse size and depth evolution curve of damage

    图  18  吸收率随辐照时间的演变曲线

    Figure  18.  Evolution curve of absorptivity with irradiation time

    表  1  磁流变工艺参数

    Table  1.   Magnetorheological process parameters

    ParameterRotation number/r·min−1Rate of flow/L·min−1Field current/
    A
    Indentation depth/mm
    Value26012080.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-02
  • 修回日期:  2022-09-02
  • 刊出日期:  2022-09-28

熔石英元件小尺寸集群损伤修复及检测技术 (特邀)

doi: 10.3788/IRLA20220539
    作者简介:

    石峰,男,研究员,博士,主要从事光学元件超精密加工方面的研究

基金项目:  国家重点研发计划(2021YFC2202403-2, 2020YFB2007504);国家自然科学基金(62175259)
  • 中图分类号: TN249

摘要: 针对现有小尺寸集群损伤修复及检测技术仍不完善的问题,重点研究亚表面缺陷多模态原位检测方法,从损伤样件表面损伤数量和尺寸、典型小尺寸损伤的形貌、光热吸收、荧光面积等多项指标进行了系统测量和分析,并开展了磁流变修复研究。研究结果表明:熔石英小尺寸损伤内部的吸收性杂质是影响元件性能的主要因素,在磁流变缎带接触到损伤底部前,损伤的整体吸收和荧光分布呈上升趋势;高重频激光对磁流变修复后的损伤辐照过程是一个由慢变快、由杂质到本体、由边缘逐渐向外扩张的过程,能够有效对磁流变修复后的表面进一步起到修复作用,可作为组合修复工艺的第三道工序。研究结果对光学元件检测表征体系的构建提供参考。

English Abstract

    • 随着高能量高功率激光系统的发展,对光学元件激光性能的要求也日益提高。熔石英材料由于具有机械强度高、化学稳定性好、光谱透过宽、抗热冲击、耐高温变形、耐射线辐照和电绝缘等诸多优良性能,被广泛应用于各类大型激光器中[1-4]。目前,熔石英元件的紫外激光损伤问题是制约激光系统发展的瓶颈。在熔石英元件制造、抛光及后处理过程中可能会引入各种缺陷和污染,这些损伤前驱体是导致熔石英元件抗激光损伤性能下降的主要因素,其中表面及亚表面缺陷诱导形成的激光损伤危害最为严重[5-8]。此外,针对熔石英元件供不应求的现状,对熔石英损伤元件修复再利用的技术开始登上舞台,然而现有的小尺寸集群损伤修复及检测技术存在很大提升空间,对其表面修复过程的研究仍不完善。

      为了提升高功率激光系统中强光元件的负载能力,解决大口径熔石英元件面临的制造难、精度低、易损伤等问题,国内外研究者以检测为牵引,在制造和修复领域开展了大量的研究,并取得了突破性进展[9-14]。美国北卡罗莱纳大学威廉姆斯使用带有荧光颗粒的磨料对熔石英样品进行抛光,使用共聚焦显微镜对亚表面缺陷进行检测,并与超景深显微镜、白光干涉仪、原子力显微镜等其它手段的检测结果进行对比,结果验证了共聚焦显微镜对亚表面缺陷检测的可行性和准确性[15]。浙江大学张健浦使用共聚焦激光扫描显微镜对熔石英元件进行层析扫描实验,并通过三维重建算法和缺陷测量结果得到了熔石英亚表面缺陷的具体三维信息[16]。中国科学院上海光学精密机械研究所徐俊海等人使用表面热透镜技术测量了不同工艺条件下镀制的TiO2单层膜样品在1064 nm处的弱吸收值,通过激光打靶设备测量了样品的抗激光损伤阈值特性,根据吸收值的变化情况反映了不同镀制工艺对损伤性能的影响[17]。中国工程物理研究院激光聚变研究中心刘红婕等人开展了光学元件亚表面缺陷的荧光成像技术研究,通过系统优化激发波长、成像光谱、成像光路及探测器等影响探测精度和探测灵敏度的参数,研制出小口径荧光缺陷检测样机[18]。美国Corning公司使用光斑尺寸为10.6 µm的CO2激光对熔石英元件进行单脉冲和多脉冲激光打靶实验,使用Zeiss公司生产的荧光共聚焦显微镜对损伤坑的深度、直径和体积进行检测,并与数值模拟的预测结果进行了比较,模拟结果精确地预测了损伤坑的深度和体积,模型与实验的误差小于10%[19]。美国利弗莫尔国家实验室R. A. Negres等人结合荧光共聚焦显微技术和红外热成像技术绘制了激光改性熔石英在连续紫外激光辐照下局部损伤表面的温度和荧光强度动态图,并基于热扩散模型估算出通过线性吸收机制沉积的能量,导出了改性材料的线性吸收系数[20]。现有的检测手段对各项指标参数几乎达到全覆盖,并已发展到一定的精度水平,能够满足研究者对熔石英元件微米甚至亚微米级别的缺陷研究,但是对于更小尺寸的纳米级损伤前驱体的观测和认知手段仍然有限,难以系统地开展纳米损伤前驱体的检测和工艺研究。

      综上所述,目前针对熔石英元件亚表面缺陷的检测与表征方法已取得了一定进展,但其与缺陷诱导的激光损伤特性还难以构成直接关联,且针对小尺寸集群损伤修复及检测技术还有待完善。文中围绕目前熔石英元件评价表征体系所存在的问题,引入亚表面缺陷多模态原位检测方法,从损伤样件表面损伤数量和尺寸、典型小尺寸损伤的形貌、光热吸收、荧光面积等多项指标进行了系统测量和分析,深入探究了制造与修复过程中熔石英元件缺陷和损伤的演变规律,有助于优化制造修复工艺流程,抑制元件亚表面缺陷,提升元件激光负载能力。

    • 图1所示为笔者课题组自主搭建的激光损伤阈值测试平台。为了得到与实际强光系统中损伤水平相当的熔石英损伤元件,使用该装置对熔石英元件进行强光打靶处理。选取一块材料为Heraeus 312、规格为50 mm×50 mm×10 mm的熔石英元件作为实验样品,元件表面粗糙度为0.975 nm,满足实际系统要求的表面粗糙度小于1 nm指标。使用波长为355 nm、调Q后脉宽为7 ns的脉冲激光通过光栅扫描路径辐照熔石英元件,制备损伤样件。激光输出能量均值65 mJ,1/e2光斑半径为0.5 cm,计算所得能量密度值约为8.28 J/cm2

      图  1  激光损伤阈值测试平台

      Figure 1.  Laser damage threshold test platform

      图2所示为磁流变修复光学元件过程。为深入揭示磁流变对熔石英元件小尺寸损伤的修复机理,使用自主研发的KDMRF-1000 F磁流变机床对熔石英损伤元件进行逐层修复实验,每次修复深度为1 μm,表1为磁流变其余工艺参数。实验中,磁流变修复损伤表面会产生明显的拖尾现象,破坏样件表面质量,因此在逐层去除过程中始终保持加工方向不变,以最大程度降低损伤向外扩散。在均匀去除实验中,直接观察样件可发现其表面有少量大尺寸损伤点,但无法观察到密集的小尺寸损伤点,使用超光滑表面激光散射缺陷检测仪检测,可观察到大量小尺寸损伤点。

      图  2  磁流变修复损伤实物图

      Figure 2.  Magnetorheological repair damage

      表 1  磁流变工艺参数

      Table 1.  Magnetorheological process parameters

      ParameterRotation number/r·min−1Rate of flow/L·min−1Field current/
      A
      Indentation depth/mm
      Value26012080.2
    • 多模态原位检测法是指针对同一位置同一对象的不同性能指标进行多项检测,相比传统的检测手段和思路,多模态检测法的相关性更强,检测更高效,评估更全面。多模态原位检测装置总体硬件结构设计如图3所示。多模态原位检测装置基于光热弱吸收检测、激光共聚焦显微检测、荧光显微检测和激光损伤测试四种检测表征技术组成,通过高精度运动平台对表面微区的固定位置进行原位检测。该装置设计引入激光损伤测试功能,但现阶段由于时间关系该功能暂未实装。该设备包括四个检测子系统和两个相关控制系统,分别为:光热显微成像子系统,激光共聚焦显微成像子系统,荧光显微成像子系统,激光损伤检测子系统,电控及信号采集子系统和软件子系统。基于逆向哈特曼和“以小拼大”的子孔径拼接测量原理,提出了一种逆向哈特曼阵列拼接测量新方法,如图4所示。首先将被测元件划分为若干相互重叠的子孔径,而后采用逆向哈特曼阵列测头分别测量各子孔径的斜率误差,最后利用各子孔径重叠区的冗余数据进行数据拼接,得到全口径斜率误差,并重构出三维面形。与现有测量方法相比较,逆向哈特曼阵列拼接测量方法能够在实现纳弧度斜率测量精度的同时,大幅提高测量分辨率和测量口径范围,显著提高测量效率。

      图  3  多模态原位检测装置硬件结构图

      Figure 3.  Hardware structure diagram of multi-mode in-situ detection device

      图  4  逆向哈特曼阵列拼接测量原理图

      Figure 4.  Principle of Reverse Hartman array splicing measurement

    • 磁流变在加工损伤表面时,一方面磁流变会对损伤表面产生足够的剪切去除作用;另一方面,由于可塑性的存在,磁流变液会充满损伤凹陷区域,在表面去除的同时为了保持磁性颗粒的链条结构,损伤内部也会受到较大的切削力,从而在剪切去除方向形成一种新的拖尾现象。图5为磁流变去除损伤过程中形成拖尾结构的剖面图。

      图  5  磁流变去除损伤剖面图

      Figure 5.  Magnetorheological damage removal profile

      磁流变加工损伤表面时由于去除效率不均匀产生的拖尾被称为“彗尾”缺陷。这种缺陷的产生会影响元件表面质量,增加磁流变整体去除量。图6为磁流变修复损伤过程中“彗尾”缺陷从产生到去除整体变化情况。可以看到,当损伤被磁流变去除后“彗尾”缺陷仍然存在,需要进一步分配去除量才能将其完全消除。此外,当“彗尾”缺陷的来源是大尺寸损伤时,甚至可能出现无法彻底消除的情况。磁场强度和单次驻留时间是影响“彗尾”缺陷产生的主要原因。磁场强度越大,损伤内部磁性颗粒形成的直链结构越稳定,切削力越强;单次驻留时间越长,去除量越大,“彗尾”缺陷出现的概率也越大。因此,在实际设计抛光工艺时,应尽可能少量多次进行磁流变加工,可以有效缓解“彗尾”缺陷的产生。

      图  6  磁流变去除拖尾整体流程图

      Figure 6.  The overall flow chart of magnetorheological removal of tailing

    • 使用超光滑表面激光散射缺陷检测仪对磁流变逐层修复样件表面进行观察,不同修复深度下熔石英表面损伤的暗场显微散射图像如图7所示。基于散射图像,对不同修复深度下熔石英表面损伤的尺寸和数量进行统计分析,发现50 μm以下损伤数量随修复深度增加整体呈下降趋势,对比修复前损伤数和修复深度5 μm后损伤数,如图8所示,在磁流变修复前,样件中50 μm以下损伤数占总损伤数的62%。在修复深度达到5 μm后,50 μm以下损伤占总损伤数的59%,损伤总数由2 600多个降低至1 500余个,减少了约42%。结果表明50 μm以下损伤能够有效被磁流变修复。

      图  7  不同修复深度下损伤暗场成像图[21]

      Figure 7.  Dark field imaging of damage at different repair depths[21]

      图  8  损伤尺寸与数量随修复深度演变规律

      Figure 8.  Evolution of damage size and number with repair depth

    • 选取一个横向尺寸50 μm以下的典型损伤,使用原子力显微镜对该损伤进行了多次原位测量,分析其形貌演变过程,测量结果如图9所示,损伤的剖面深度如图10所示。根据损伤形貌和轮廓变化,损伤修复过程可划分为3个阶段:未接触损伤内部阶段、初始接触阶段、损伤修复完成阶段。在未接触损伤内部阶段,修复深度为0~2 μm,此时除损伤横向尺寸减小,未见其他变化,主要是由于磁流变缎带厚度不足,接触不到损伤内部。初始接触阶段,其修复深度为2~4 μm,磁流变既对损伤表面进行去除,同时也开始与内部接触,此时横向尺寸减小,内部轮廓逐渐变化,但由于压深不同,此时的表面去除速率高于内部去除速率,修复过程仍在继续。在损伤修复完成阶段,其修复深度为4~5 μm,此时修复深度已经超过损伤深度,基本完成了整个小尺寸损伤的修复过程。

      图  9  损伤的微观形貌演变[21]

      Figure 9.  Microstructure evolution of damage[21]

      图  10  损伤的剖面结构曲线[21]

      Figure 10.  Damaged section structure curve[21]

    • 激光诱导荧光成像是激光照射样品后荧光发射的检测方法,采用该方法原位测试了熔石英典型损伤内部荧光分布情况,结果如图11所示。对检测结果图像预处理,其损伤的荧光面积百分比如图12所示。分析可知,在损伤修复前,熔石英损伤内部已存在荧光物质。在修复深度为0~2 μm时,其损伤荧光面积逐渐增大至峰值,在修复深度为2~5 μm时,其损伤荧光面积逐渐减小至最小值,这是由于在0~2 μm时,熔石英损伤内部基本不受影响,由于磁流变液引入的荧光性杂质导致荧光面积增大。在修复深度2~5 μm时,处于损伤修复阶段,磁流变对损伤内部修复效果明显,因此荧光面积大幅降低。

      图  11  损伤荧光分布图[21]

      Figure 11.  Damage fluorescence distribution[21]

      图  12  损伤荧光面积百分比

      Figure 12.  Percentage of damaged fluorescence area

    • 使用多模态原位检测装置对损伤光热吸收性能进行检测,测试区域为80 μm×80 μm,对测试结果计算其吸收平均值代表损伤的吸收平均水平,计算吸收最大值代表损伤的吸收最高水平。图13图14分别为不同修复深度下光热吸收平均值和最大值的定量统计结果。由图可知,损伤的光热吸收值呈现出先增大后减小的趋势,在修复深度为0~2 μm时,损伤的光热吸收值迅速增大,此时正是未接触损伤内部阶段,此时磁流变给损伤内部引入大量污染。在修复深度3 μm时,其光热吸收值最大,但总体来看,在修复深度为2~4 μm时,此时处于损伤内部初始接触阶段,既存在对损伤内部的修复,也存在引入污染物的过程,吸收基本维持稳定。在修复深度为4~5 μm时,磁流变缎带已经能够对整个损伤内部起到修复作用,此时吸收值急剧下降。在损伤完全修复后,其吸收值降至最低。

      图  13  损伤的吸收峰值

      Figure 13.  Peak value of damage absorption

      图  14  损伤的吸收平均值

      Figure 14.  Average value of damage absorption

    • 使用平均功率为0.23 W的50 kHz紫外脉冲激光对损伤长时多次辐照,每次辐照结束后静置一晚进行冷却处理。使用激光共聚焦显微镜观察得到了初始、辐照12 h后以及辐照16 h后的损伤形貌如图15所示,损伤深度如图16所示。

      图  15  损伤激光共聚焦成像图

      Figure 15.  Damage laser confocal imaging

      图15(a)所示为该缺陷的初始形貌,发现其横向尺寸为15 μm,边缘形状极不规则,周边存在一圈明显的亮圈,说明损伤周边存在一些吸收性杂质,这是在损伤修复过程中可能有少量的磁流变抛光液残留在损伤内部。图16(a)所示为该损伤的初始深度,该损伤深度为7 μm,计算得到损伤的宽深比为2.14。

      图  16  损伤三维测量图

      Figure 16.  Three-dimensional measurement of damage

      经过12 h的平均功率为0.23 W的高重频紫外激光辐照后损伤的形貌如图15(b)所示,可以看出此时损伤的整体轮廓增大,经测量,此时损伤的横向尺寸增大为21 μm。损伤的边缘形状在经过激光处理后逐渐变得规则,形成一个类圆状损伤坑,原本在损伤周边的一圈杂质也被激光熔融消失。此时损伤深度如图16(b)所示,为6.5 μm,宽深比为3.23,说明经过12 h辐照后损伤的深度基本没有发生较大的变化。

      经过16 h的平均功率为0.23 W的高重频紫外激光辐照后损伤的形貌如图15(c)所示,从横截面来看,此时原本的损伤形状在正中间依稀可见,而整体轮廓则迅速增大。经测量损伤的横向尺寸迅速增大为32.8 μm,但从纵向上看,损伤边缘被激光辐照后发生熔融而变得平滑,这是由于光场调制作用,损伤边缘会受到更多的激光辐照能量,从而优先达到熔石英熔融界限。该损伤深度图像如图16(c)所示,从深度图像上分析,损伤宽度增大的同时深度也随之减小,此时的损伤深度为2.5 μm,宽深比为13.12,推测这是因为熔石英边缘结构物质受到熔融作用后沉底造成的。

      对整个辐照过程中损伤整体形貌演变情况进行分析,图17刻画出了损伤横向尺寸及深度演变曲线。可以看出,高重频紫外弱光对磁流变修复后的损伤辐照是一个由慢变快、由杂质到本体、由边缘逐渐向外扩张的过程。由于损伤初始具有非常不光滑的边缘,并存在很多抛光中残留的杂质污染,因此损伤初始的光场调制作用以及杂质吸收作用非常明显,这会极大程度地降低熔石英的抗损伤性能。从图15(b)可以看到缺陷边缘部分由亮变暗,说明前期高重频激光的主要过程是将损伤周边的吸收性杂质熔融消灭,并且这一过程耗时较长。而在后期主要存在光场调制作用,并且由于损伤边缘的调制效应更为明显,会优先达到熔石英材料的熔融界限,因此整个辐照过程表现出的是损伤的宽深比迅速增大。

      图  17  损伤横向尺寸及深度演变曲线

      Figure 17.  Transverse size and depth evolution curve of damage

    • 使用平均功率为0.23 W的50 kHz、355 nm紫外脉冲激光对损伤进行三次原位辐照,每次辐照时间为2500 s,并测得在此期间损伤吸收率随辐照时间的变化情况,吸收演变结果如图16所示。对曲线变化趋势进行分析可以看出,在功率为0.23 W的高重频紫外激光辐照下,损伤的吸收值随辐照时间整体呈下降趋势,这说明在高重频激光的长时辐照下,致使损伤吸收性的因素正在不断失去作用,结合上节对损伤的共聚焦成像分析,此时损伤内部吸收性杂质不断减少,损伤整体结构逐渐规则。这也验证了前面关于损伤形貌的演变分析结论,说明在该阶段损伤的吸收性杂质首先因激光辐照作用消失,其后由于损伤的宽深比增大,光场调制作用下降。

      图18(a)~(c)进行横向对比分析,三幅图像都呈现出了一种相同的下降趋势,大致可以500 s为界分为前后两部分:在激光辐照的前500 s内,损伤的吸收率水平下降极快,但很快下降速率就逐渐变缓;在激光辐照500 s后,损伤的吸收率大致以同等速率线性下降。并且可以明显看出,在激光辐照500 s的一段时间前后,缺陷的吸收率下降趋势会出现突变,说明在该阶段熔石英缺陷确实发生了一些特异性的变化,与前述分析相吻合。

      图  18  吸收率随辐照时间的演变曲线

      Figure 18.  Evolution curve of absorptivity with irradiation time

    • 文中使用磁流变技术对熔石英损伤样件进行了逐层修复,并系统测量了磁流变修复过程中损伤样件整体数量和尺寸变化情况以及典型小尺寸损伤的形貌深度、光热吸收值、荧光分布的演变规律,对磁流变修复熔石英小尺寸损伤的机理进行深入研究,开展了高重频激光长时辐照熔石英损伤实验。得到的主要结论如下:

      (1)通过对磁流变逐层修复熔石英小尺寸损伤过程的深入研究,发现熔石英小尺寸损伤内部的吸收性杂质是影响元件性能的主要因素。在磁流变缎带接触到损伤底部前,损伤的整体吸收和荧光分布呈上升趋势,这是因为磁流变会引入金属性杂质。

      (2)在磁流变缎带接触到损伤底部后,损伤的整体吸收和荧光分布迅速降低,修复效果极为明显,磁流变修复熔石英小尺寸损伤的关键在于磁流变必须对损伤内部进行有效修复,即修复后的损伤深度必须低于磁流变缎带的厚度。

      (3)高重频激光对磁流变修复后的损伤辐照过程是一个由慢变快、由杂质到本体、由边缘逐渐向外扩张的过程。在整个辐照过程中,损伤内部金属性污染物首先熔融消失,随之损伤宽深比迅速增大,损伤形状逐渐规则,并且损伤的吸收值也伴随着辐照过程不断降低。高重频激光能够有效对磁流变修复后的表面进一步起到修复作用,可以作为组合修复工艺的第三道工序。

参考文献 (21)

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