導讀：激光損傷熔融的硅，尤其是采用紫外激光進行損傷的時候，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，復合化學腐蝕和CO2激光拋光技術進行加工熔融硅。此外，復合工藝可以減少引入光活性金屬雜質(zhì)元素、破壞性缺陷、化學結構缺陷的可能，導致0% 的可能損傷閾值，達到接近33%的高于傳統(tǒng)化學機械腐蝕拋光的樣品，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機械拋光的辦法進行。這一辦法要獲得超光滑的表面是非常耗時的，同時還非常容易導致表面和次表面形成缺陷，從而導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果

最近，來自上海光機所 的研究團隊復合化學腐蝕和CO2激光拋光來加工熔融的硅?；瘜W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激光拋光技術用來降低表面的粗糙度。

這一復合技術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，這一復合工藝的研究結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、化學結構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