導(dǎo)讀：激光損傷熔融的硅，尤其是采用紫外激光進(jìn)行損傷的時候，仍然是一個限制高功率激光發(fā)展的問題。近日，來自上光所的研究人員，復(fù)合化學(xué)腐蝕和CO2激光拋光技術(shù)進(jìn)行加工熔融硅。此外，復(fù)合工藝可以減少引入光活性金屬雜質(zhì)元素、破壞性缺陷、化學(xué)結(jié)構(gòu)缺陷的可能，導(dǎo)致0% 的可能損傷閾值，達(dá)到接近33%的高于傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械腐蝕拋光的樣品，加工條件為7.6 ns 脈沖和波長為355 nm。

圖 (a)激光拋光系統(tǒng)；(b) 在復(fù)合加工過程中的表面形貌的變化；

激光損傷熔融的硅，尤其是紫外激光的損傷，仍然是一個限制高功率激光系統(tǒng)的應(yīng)用問題的一大限制。傳統(tǒng)的加工熔融硅的辦法仍然是通過磨加工和化學(xué)機(jī)械拋光的辦法進(jìn)行。這一辦法要獲得超光滑的表面是非常耗時的，同時還非常容易導(dǎo)致表面和次表面形成缺陷，從而導(dǎo)致熔融的硅的表面損傷閾值的顯著下降。

圖2 典型的激光損傷熔融硅的表面SEM形貌，HF-LP和 CMP 在相同的激光作用下的結(jié)果

最近，來自上海光機(jī)所 的研究團(tuán)隊復(fù)合化學(xué)腐蝕和CO2激光拋光來加工熔融的硅。化學(xué)腐蝕用來在熔融的硅上開辟出一個次表面的缺陷。緊隨著，CO2激光拋光技術(shù)用來降低表面的粗糙度。

這一復(fù)合技術(shù)不僅可以顯著得獲得超級光滑的表面且非常低的粗糙度，但同時也提高了熔融硅的損傷容限。這一工作發(fā)表在近期出版得期刊《 Optics Letters》上。

采用CO2激光進(jìn)行激光輻照熔融硅時的2D數(shù)值模擬圖

通過損傷形貌和缺陷的分析，這一復(fù)合工藝的研究結(jié)果表明可以避免引入表面和次表面的缺陷，包括破壞性缺陷、化學(xué)結(jié)構(gòu)類型的缺陷和光活性金屬雜質(zhì)元素以及獲得具有低表面缺陷密度的熔融的硅，因此可以獲得更加好的損傷阻力。

采用CO２激光進(jìn)行輻照熔融硅時的形貌變化和溫度場

文章封面

文章來源：Zhen Cao et al. Ground fused silica processed by combined chemical etching and CO2 laser polishing with super-smooth surface and high damage resistance, Optics Letters (2020). DOI: 10.1364/OL.409857

Li Zhou et al. Numerical and Experimental Investigation of Morphological Modification on Fused Silica Using CO2 Laser Ablation, Materials(2019). DOI: 10.3390/ma12244109