Характеристики эксплуатационных характеристик готовых поверхностей произвольной формы из дигидрофосфата калия с использованием гидроструйной полировки неводной суспензией.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6524 (2023) Цитировать эту статью

470 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Дигидрофосфат калия (ДГК) и его дейтерированный аналог (ДКДП) являются уникальными нелинейно-оптическими материалами для мощных лазерных систем. Они широко используются для преобразования частоты и управления поляризацией благодаря способности выращивать кристаллы оптического качества с апертурами, подходящими для лазерных систем термоядерного класса. Существующие методы формирования произвольной формы оптики KDP/DKDP не создают поверхностей с достаточными порогами лазерно-индуцированного повреждения (LIDT) для работы в ультрафиолетовой части лазерных систем высокой пиковой мощности. В этой работе мы исследуем гидроструйную полировку (FJP) с использованием неводной суспензии в качестве метода субапертурной отделки для создания поверхностей KDP произвольной формы. Этот метод использовался для выборочной полировки участков поверхности на разную глубину на одной и той же подложке со съемом в диапазоне от 0,16 мкм до 5,13 мкм. Готовые поверхности продемонстрировали небольшое увеличение шероховатости по мере увеличения глубины удаления, а также небольшое количество ямок излома. Лазерное испытание на повреждение с помощью импульсов длиной 351 нм и длительностью 1 нс продемонстрировало превосходные пороги повреждения поверхности, с самыми высокими значениями в областях, лишенных ямок излома. Эта работа впервые демонстрирует метод, позволяющий изготовить волновую пластину, обеспечивающую индивидуальную рандомизацию поляризации, которую можно масштабировать до оптики метрового размера. Кроме того, этот метод основан на технологии FJP, включающей неводную суспензию, специально разработанную для использования с KDP. Этот новый неводный процесс FJP также можно использовать для создания других типов материалов, которые обладают аналогичными сложными свойствами, такими как мягкость, хрупкость, водорастворимость и температурная чувствительность.

И дигидрофосфат калия (KDP), и его дейтерированный аналог DKDP являются важными оптическими материалами в лазерных системах с большой апертурой и высокой пиковой мощностью, где они используются для преобразования частоты, сглаживания поляризации и электрооптического переключения1. Благодаря большому нелинейному оптическому коэффициенту, высокому порогу лазерного повреждения (LIDT) и значительной оптической активности2,3 KDP и DKDP являются незаменимыми материалами для лазерных систем термоядерного класса, таких как National Ignition Facility (NIF, США) и Лаборатория лазерной энергетики Omega Laser Facility (LLE, США)4. Однако изготовление поверхностей KDP оптического качества чрезвычайно сложно из-за высокой растворимости материала в воде, хрупкости, мягкости и температурной чувствительности5. Из-за этих свойств коммерческая обработка KDP и DKDP ограничивается одноточечным алмазным точением и обычной полировкой лысин с использованием неводных охлаждающих жидкостей и суспензий6,7. В последние годы проводились исследования различных методов субапертурной отделки ДПК. Стабильный и высокоточный процесс удаления субапертур позволит создавать поверхность этого материала произвольной формы. В свою очередь, это позволит создавать новые оптические элементы, такие как волновые пластины с пространственно-переменным замедлением для поляризационного смешения (сглаживания) линейно поляризованных пучков, а также коррекции волнового фронта оптических плоскостей. Характер изученных субапертурных методов значительно различается и включает магнитореологическую обработку (MRF), субапертурную полировку, ионно-лучевую обработку (IBF), сверхточное шлифование и безабразивную струйную полировку8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18. Несмотря на многообещающие результаты, эти методы могут вызывать различные дефекты, такие как образование трещин в результате нагрева (IBF) и загрязнение железом (MRF), которые подрывают способность оптики выдерживать высокую мощность лазера в ультрафиолетовом режиме8,9,13,15. Безабразивная струйная полировка предполагает использование микроэмульсий типа «вода в масле» в струе жидкости для достижения удаления посредством механизма растворения17,18. Хотя этот метод является субапертурным, наш опыт показывает, что удаление материала и травление кристаллов могут происходить быстро во время контакта с микроэмульсией. Впоследствии негативное воздействие оказываются на участки поверхности, находящиеся далеко от зоны основного воздействия струи жидкости, но случайно подвергшиеся воздействию микроэмульсии. Таким образом, возможности этого метода по созданию высококачественных поверхностей произвольной формы сильно ограничены.