近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部研究团队在激光层析烧蚀去除并表征亚表面缺陷研究中取得进展。研究首次揭示了亚表面缺陷在激光逐层烧蚀下的演化规律。相关研究成果以“Evolution mechanism of subsurface damage during laser machining process of fused silica”为题发表于Optics Express。
伴随着现代光学技术的发展，熔石英元件紫外激光诱导损伤问题严重制约了高功率激光系统的发展。目前接触式研抛工艺不可避免地会产生亚表面缺陷，且难以被后处理完全去除，这严重缩短了熔石英元件使用寿命。与此同时，传统的亚表面缺陷检测方法只能对局部信息进行间接测量，难以表征深亚表面缺陷。
在之前的研究中【Light： Advanced Manufacturing 4（3）， 181－194 （2023）， Optics Express 31（22）， 36359－36375 （2023）】，研究团队基于微秒脉冲激光低应力均匀烧蚀技术提出了激光层析烧蚀表征亚表面缺陷的方法，并将其耦合到材料快速去除过程中，实现了对亚表面缺陷深度、分布等信息的定量获取及有效去除。
在本项工作中，研究人员建立了考虑光场调制的激光层析烧蚀多物理场模型，并采用飞秒激光预制了不同形貌的亚表面缺陷，准确预测亚表面缺陷深度数值，揭示亚表面缺陷在激光逐层烧蚀下的演化规律，并提出亚表面缺陷深度演变的三个阶段。这表明采用本方法不会导致亚表面缺陷的延伸，从而验证了利用激光层析烧蚀去除并表征亚表面缺陷的可行性与准确性。
相关工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市扬帆计划等基金的支持。
图1 亚表面缺陷预制及激光层析烧蚀表征亚表面缺陷过程
图2 激光层析烧蚀多物理场模型
图3 亚表面缺陷演变规律