文摘

激光损伤阈值的主要限制在大功率激光熔融石英光学应用。表面附近存在的各种缺陷的关键因素是退化的阈值。在这部作品中,光致发光光谱在不同区域的受损,恢复熔融石英样品记录分析表面缺陷的光致发光和激光损伤阈值之间的相关性。实验数据得出的逆相关性荧光和激光损伤阈值成比例。弱光致发光的保证是高激光损伤阈值,然后当地硅纳米浓度越高对应较高的激光损伤阈值后的熔融石英光学有限公司₂激光治疗。调查显示,光致发光测量可以用来检查原始石英玻璃的质量和评价激光损伤阈值的趋势。当前的结果有助于理解进化的互动有限公司₂激光治疗和熔融石英光学和可以提供的指导过程为高质量的石英光学技术。

1。介绍

光学石英玻璃广泛应用于高功率激光惯性约束聚变(ICF)等设施由于其高透明度和良好的热力和化学稳定性。然而,存在一些固有的缺陷和各种表面缺陷与光学石英玻璃的制造过程有关。这些缺陷可以吸收紫外激光器,导致最初的激光损伤(1),然后进一步降低激光损伤阈值(LIDT)的熔融石英光学。一些方法,如离子束蚀刻(2,3),化学腐蚀1,4,有限公司₂激光治疗(5,6),用来减轻初始破坏网站。在这些方法中,有限公司₂激光治疗是一个重要的方法来修复的初始伤害网站通过加热效果。一些调查表明,LIDT可能回到公司后的正常水平或更高₂激光治疗(7,8]。尽管有一些报道的光学和机械有限公司的影响₂激光治疗表面划痕和激光损伤网站熔融石英,以及辅助治疗或退火过程的物理模型,消除残余应力(9,10),没有报告关于熔融石英表面缺陷的进化在这个过程。

一些作品透露,内在缺陷和激光熔融石英光学结构缺陷包括E′中心(11],它包含一个未配对的电子单硅连着三个氧,缺氧的中心(ODC) [12(NBOHC) [], nonbridging氧孔中心13),过氧化自由基(运动)14),和硅纳米15]。缺陷的存在在硅矩阵可以显著改变其结构,电气和光学性质。所以,光致发光(PL)光谱是一个重要的工具来理解的发展缺陷在熔融石英光学高功率激光辐照。根据PL分析,电子结构信息的各种表面缺陷种类和分布的缺陷应该获得石英光学。

一些组织调查了石英玻璃的发光性能的缺陷在过去几十年。演示等人分配发光乐队在400 nm和650 nm ODC和NBOHC缺陷(16),分别。其他排放乐队从450纳米到600纳米是归因于自己捕捉激子的组合(STE)。Švrček等人得出的结论是,硅纳米的发射光谱带可以在大范围约700海里。激光感应的各种缺陷的浓度初始伤害网站会显著增加与原始区域。初始伤害站点可能会扩大指数由于更高的缺陷密度报道(17- - - - - -19]。

摘要PL性能缺陷附近的表面激光损伤和有限公司₂激光治疗网站系统地调查。之间的相关性不同缺陷的分布和LIDT在同一网站进行了分析。

2。实验

实验于7980年UV-grade康宁熔融石英样品和40毫米平方4毫米的厚度。他们首先在缓冲氢氟酸的蚀刻(高频)酸,然后由去离子水清洗解决方案。

激光损伤网站上生成的输出表面原始样品使用三频Nd: YAG激光(传奇),提供脉冲宽度为6.3 ns 355 nm直径为800μ米在1 /e²。损伤区域的直径大约有250μm。

的有限公司₂激光修复治疗是一个商业的射频功率兴奋有限公司₂激光(连贯的宝石- 100 l),最大输出功率为100瓦和权力±3%的稳定。

光致发光光谱记录通过使用光谱仪(LabRAM HR800, Jobin Yvon)共焦显微镜和多通道气冷式CCD探测器。激励源是一个氩离子激光器(λ₀= 514.5 nm;源功率:20 mW)和氦镉激光器(λ₀= 325海里;源力量:40 mW)。在室温下所有光谱被记录下来。

R-on-1获得的激光损伤阈值测试模式。测量的原理图如图设置1。在每个选定的网站,激光能量密度逐渐增加,直到第一个损害发生。每组参数,一系列的网站进行了选择和分析,给出工作成果是基于统计分析的石英样品。

3所示。结果与讨论

图2(一个)显示了光致发光光谱的原始的区域,受损区域熔融石英样品的激发波长325纳米的激光。相应的分解峰显示在数字2 (b)和2 (c),分别。肩峰周围400海里是ODC的缺陷。宽阔的发射带集中在490 nm和580 nm绝对可以归因于从激光STE[过渡12,13]。周围的山峰650 nm和750 nm)被分配到的发光带NBOHC和硅纳米缺陷,分别。弱者发射表明低浓度的这些缺陷清晰的原始样本。这些缺陷在原始石英光学可以有很高的吸收紫外激光和成为一个初始激光破坏网站根据现有的报道(1,11,12]。换句话说,低缺陷密度可以保证LIDT价值高。NBOHC的贡献和硅纳米不是可观察到的原始地区,但明显的峰值出现的两个缺陷受损区域,见图2。

图3比较原始的光致发光光谱区域,离子束etching-treated地区和边缘地区的激光损伤网站514.5纳米激光器的激发。536海里,高峰在526 nm和543 nm的响应为Si-O-Si拉曼模式,四倍环,分别在熔融石英和三倍环(11]。

广泛的弱荧光曲线在图23原始的地区是类似于图2325海里激发。离子束刻蚀过程可以平滑的表面光学和减轻现有的表面缺陷的一部分。腐蚀的微观图像区域如图3 (c)。流畅,具有较高的一致性而原始的地区。

除了拉曼峰,没有排放乐队能被探测到的离子束etching-treated网站作为图的曲线# 3中所示3(一个)。这验证了离子束蚀刻过程可以去除表面的局部缺陷,提高LIDT价值。

强烈的发光带集中在580 nm相当突出的曲线# 1的图所示3(一个)边缘地区的激光损伤区域。这表明激光损伤过程生成一个更高浓度的缺陷。一般来说,缺陷的类型和相对浓度取决于PL光谱的峰的位置和强度,分别。上面给出的描述,激光自己捕捉激子在发射约580海里。这些缺陷可能导致的损害的超高功率运行下的熔融石英紫外线激光由于强烈的吸收。从这些缺陷,调查影响LIDT LIDT的值在不同的网站是衡量R-on-1测试模式(20.]。LIDT、类型和不同地区的相对浓度的缺陷是在表1。LIDT值原始表面和离子beam-treated地区13.9 J /厘米²和17.2 J /厘米²,分别。低LIDT 4 J / cm的价值²是应对激光损伤的边缘地区的网站。结果表1表明PL强度成反比的LIDT价值熔融石英光学。进一步比较原始的贡献不同缺陷区域和受损区域,激光集主导损坏阈值。这些结果表明,PL可以用来检查原始石英玻璃的质量和评估可能的LIDT价值基于参考标准样品确认。

有限公司₂激光治疗是最有效的方法对熔融石英材料以减少表面的缺陷。图4(一)展示了公司的光学显微镜图像₂激光治疗。三个不同地区的PL光谱图所示4 (b)。这个激光损伤网站的公司接受过度治疗₂激光,烧蚀痕迹中可以观察到它的边缘地区。边缘地区的PL光谱相对高强度约500 nm激光STE和肩膀在400 nm ODC根据先前的报道(13,14]。LIDT测量值在这个区域是4.5 J /厘米²,它支持相同的逆比例相关性PL带集中在500 nm和LIDT强度。

尽管微弱荧光的中心区域1和2,一个新的发光带集中在750 nm明显发生。这个乐队是归因于Si发光机制。制造过程和Si-implanted一个-SiO₂在1100°C退火可以生成发光机制(21]。这些诱导路径都与公司有关₂激光加热过程。强度在中心地区1是由于靠近中心和沐浴在高温度在激光辐照。这些结果是非常有用的理解的机制缺陷的发展有限公司₂激光治疗过程。还应该注意到,LIDT值在中心区域1的有限公司₂laser-treated网站19.2 J /厘米²高于17 J /厘米²中心地区2如图5。这表明公司₂laser-treated熔融石英光学可以运行在更高的影响比原始熔融石英光学。

结合表1与数据4和5,我们可以得出这样的结论:弱光致发光可以采取的标准高LIDT价值;此外,较高的纳米贡献保护熔融石英的伤害更高的激光功率下运行。在熔融石英材料,自己捕捉激子是根据现有的报道与吸收前体;这是符合结果如图5。LIDT和硅纳米之间的关系需要进一步研究。

4所示。结论

PL技术结合使用的激光损伤阈值测量调查的分布缺陷表面的熔融石英样品。逆荧光比例相关性和LIDT值是根据实验结果。弱光致发光和更高的硅纳米浓度可以提高LIDT值后的熔融石英光学有限公司₂激光治疗。调查显示,可以使用荧光检查原始石英玻璃的质量和评估可能的激光损伤阈值。ODC的宽发射和自己捕捉激子主导LIDT低价值。当前的结果有助于理解行动的发展有限公司₂激光治疗和石英光学。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

信息披露

王巧陈和他的合著者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(号。12074360,21905263,51677175),(没有科学的挑战项目。TZ2016001),中央大学基础研究基金。