CF4-Ar-O2等離子體修飾熔石英元件研究.pdf

1、隨著激光科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和大型高功率激光驅(qū)動(dòng)裝置的建立，對(duì)于激光器輸出的能量要求逐漸提高（通常在千焦的量級(jí)以上），人們對(duì)激光系統(tǒng)中的各類(lèi)光學(xué)元件的抗激光損傷能力都提出了更高的要求，同時(shí)，對(duì)于大口徑高品質(zhì)的光學(xué)元件需求量也大大增加。熔石英材料作為激光驅(qū)動(dòng)裝置中使用較為普遍光學(xué)部件，在抗激光損傷性能改善及使用壽命提高等方面一直處于瓶頸階段。近幾年來(lái)，如何提高熔石英光學(xué)元件的抗損傷能力成為了各大相關(guān)研究單位的重點(diǎn)課題之一。
　　過(guò)去的研究

2、表明，光學(xué)元件表面以下存在的雜質(zhì)、劃痕和裂紋等缺陷，是誘導(dǎo)元件損傷產(chǎn)生及增長(zhǎng)的重要原因之一。為了滿足熔石英材料在高功率激光系統(tǒng)的使用要求，提高熔石英元件的抗激光損傷能力，人們已經(jīng)研究和發(fā)展了很多表面處理技術(shù)，如酸蝕處理、激光預(yù)處理、等離子濺射轟擊處理以及反應(yīng)離子刻蝕處理等。近些年來(lái)，氫氟酸（HF）刻蝕仍是研究人員十分關(guān)注的熔石英材料前處理工藝，雖然 HF刻蝕技術(shù)可以明顯提升熔石英材料的抗激光損傷能力，但利用該工藝并不能徹底去掉亞表面的劃

3、痕和坑洞，而是在刻蝕表面產(chǎn)生了復(fù)制和展寬的效果，這必然限制了熔石英損傷性能的更大幅度提升。因此，尋求一種較為理想的熔石英表面處理工藝成為擺在科研人員眼前的一項(xiàng)重要任務(wù)。近幾年來(lái)，反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝和微細(xì)加工領(lǐng)域，但是通過(guò)此技術(shù)來(lái)提高熔石英材料表面抗激光誘導(dǎo)損傷方面的研究目前還比較少見(jiàn)，因此，有必要在反應(yīng)離子刻蝕改善熔石英表面質(zhì)量等方面開(kāi)展研究，從而為熔石英材料在高功率激光裝置中得到更好的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　目前，

4、利用反應(yīng)等離子體修飾光學(xué)元件表面的研究還處于一個(gè)起步階段。本實(shí)驗(yàn)采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)，以 CF4/Ar/O2為反應(yīng)氣體修飾熔石英元件表面，對(duì)熔石英元件表面再沉積層和亞表面缺陷層進(jìn)行徹底剝離，系統(tǒng)研究了熔石英材料反應(yīng)離子束刻蝕過(guò)程中發(fā)生的復(fù)雜物理化學(xué)行為，從而調(diào)整優(yōu)化刻蝕工藝，以期大幅提高熔石英光學(xué)元件的光學(xué)性能和使用壽命，并為熔石英光學(xué)元件在大型激光光學(xué)系統(tǒng)上的應(yīng)用提供理論支持與工程指導(dǎo)。
　　本文中，通過(guò)調(diào)整刻

5、蝕工藝，考察等離子體活性基團(tuán)與熔石英材料之間相互作用機(jī)制和內(nèi)在規(guī)律，以及熔石英表面狀態(tài)對(duì)元件光學(xué)性能的影響；通過(guò)等離子體診斷技術(shù)對(duì)不同工藝下的等離子體氣氛進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，獲得等離子體活性基團(tuán)與工藝參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，以指導(dǎo)刻蝕過(guò)程的順利進(jìn)行。研究結(jié)果表明：氣流量變化對(duì)熔石英表面刻蝕過(guò)程及狀態(tài)有著重要影響，通過(guò)對(duì)表面刻蝕狀態(tài)對(duì)比，獲得了一個(gè)比較合理可行的刻蝕實(shí)驗(yàn)參數(shù)，即 CF4，Ar和O2流量分別為40sccm，40sccm和8sccm。<

6、br>　　通過(guò)原位刻蝕觀察刻蝕劃痕隨刻蝕時(shí)間的變化，以判斷 ICP刻蝕能夠有效的去除熔石英表面劃痕以及評(píng)估亞表面層的厚度；通過(guò)表面元素檢測(cè)手段對(duì)刻蝕后的熔石英樣品表面一定深度內(nèi)的元素進(jìn)行跟蹤測(cè)量，以此研究刻蝕過(guò)程中污染產(chǎn)生及轉(zhuǎn)化過(guò)程的內(nèi)在機(jī)制；通過(guò)分析表面弱吸收和抗損傷閾值與刻蝕深度的變化，以提高熔石英光學(xué)元件的激光負(fù)載能力。研究結(jié)果表明：反應(yīng)離子刻蝕工藝可以極大地改善熔石英光學(xué)材料的表面狀態(tài)，使其表面雜質(zhì)元素和劃痕得到有效去除?？涛g后