KDP晶體低能離子束低/無損加工機理及關鍵工藝研究

《KDP晶體低能離子束低/無損加工機理及關鍵工藝研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由胡皓擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：KDP晶體低能離子束低/無損加工機理及關鍵工藝研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡皓
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

KDP晶體光學性能優異，是慣性約束核聚變、強雷射武器等系統中不可替代的非線性光學功能材料。但各向異性、軟脆、易潮解、對溫度變化敏感的材料特性，以及使用時所需滿足的高精度、超光滑與高閾值表面質量要求，給其超精密加工提出了重大挑戰。項目基於離子束拋光高精和低/無損加工的先天優勢，創新提出將此技術套用於KDP晶體的加工，通過研究KDP晶體離子束動態拋光過程中的能量沉積與溫度、應力分布規律，揭示KDP晶體低能離子束的穩定拋光機理。通過對KDP晶體離子束拋光擾動層的分析和控制，明確缺陷去除與擾動抑制的最佳平衡機制。通過開展離子束加工工藝最佳化，找出不同約束條件下離子束拋光與KDP晶體表面完整性的映射關係，提升KDP晶體的使用性能。通過創新工藝理論和方法，最佳化工藝流程，實現KDP晶體製造能力的進一步提升，為我國重大強雷射工程的實施提供工藝理論和製造技術支持，也為其他軟脆功能晶體超精密加工提供一種新方法。

結題摘要

KDP晶體是慣性約束核聚變、強雷射武器等系統中不可替代的非線性光學功能材料，但其各向異性、軟脆、易潮解、對溫度變化敏感的材料特性，以及使用時所需滿足的高精度、超光滑與高閾值表面質量要求，使其成為超精密加工領域的熱點和難點問題。項目基於離子束拋光高精度和低/無損加工的先天優勢，開展KDP晶體低能離子束的穩定拋光機理和工藝最佳化研究。研究內容主要包括：探索KDP晶體離子束動態拋光過程中的能量沉積與溫度、應力分布規律，在實現材料穩定去除的同時控制加工熱應力，確定了實現KDP晶體離子束穩定加工的參數邊界；對離子束拋光KDP晶體的擾動層進行分析和控制，建立了擾動參數與雷射損傷閾值的定量聯繫，找到了抑制誘導晶體表面物理性質變化的控制方法；將離子束套用於KDP晶體加工工藝路線，實現了精度和閾值的提升。通過研究，本項目在100mm×100mm 口徑 KDP 晶體試樣上達到了如下指標：透射波前PV值λ/16，誤差梯度8.2nm/cm，PSD1 RMS 4.6nm，PSD2 RMS 1.155nm，表面粗糙度0.972nm，雷射損傷閾值17.1J/cm2∙3ω，均滿足了項目設立的研究目標。本項目的研究揭示了KDP晶體低能離子束的穩定拋光機理，明確了缺陷去除與擾動抑制的平衡機制，找出了不同約束條件下離子束拋光與KDP晶體表面完整性的映射關係，能夠用於指導提升KDP晶體的使用性能。項目通過工藝理論和方法的創新，實現了KDP晶體製造能力的進一步提升，為我國重大強雷射工程的實施提供了工藝理論和製造技術支持。