【技术实现步骤摘要】
一种微纳结构的激光窗口的增材制造方法及激光窗口
[0001]本专利技术涉及一种具有高透过高阈值抗激光损伤性能的大口径微纳结构激光窗口的制备方法,属于微纳加工
技术介绍
[0002]随着高能量激光领域的快速发展,大口径光学元件的需求也越来越多。如在激光惯性约束核聚变领域中,美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)需要口径在0.5~1.0m范围内的大口径光学元件数量为7360件。激光窗口作为激光器中的关键元件之一,在强激光辐照下产生的损伤,是目前抑制大功率激光系统长时间安全稳定运行的一个主要因素。由于传统介质膜透射元件损伤阈值难以提高,而随着高功率激光技术的进一步发展,对光学元件的抗激光损伤性能和环境耐受性提出了越来越高的要求,薄膜元件越来越难以满足。与此相对的,微纳结构增透能够实现接近材料本征的抗激光损伤阈值,因此微纳结构激光窗口有望代替传统介质膜透射元件。微纳结构增透窗口是指在基底材料表面制备远小于激光波长的微纳结构,激光在这种窗口表面无法识别微纳结构,可以近似于入射到一层薄膜。根据等效介质理论可知,通过调节微结构的占空比,就可以调节这层薄膜的有效折射系数,满足折射系数匹配,进而降低表面反射率,增强窗口的透射效果。由于微纳结构窗口与基底具有相同材料,不引入其他材料,这种单一材料体系一方面能够提供近似体相材料的抗激光损伤阈值,有效提高激光窗口的抗损伤性能,另一方面可以有效避免薄膜材料与基底之间由强光辐射引起的热不匹配性,提高其稳定性。微纳结构的制备方法有很多,可以简单分 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微纳结构的激光窗口的增材制造方法及激光窗口,其特征在于:(1)超声清洗石英玻璃基底:石英玻璃经过抛光后,依次利用丙酮、氯仿、无水乙醇、去离子水超声清洗;(2)聚苯乙烯微球分散到溶剂中,并将其转移到超声清洗后的水平放置的石英玻璃上表面,于水平放置的石英玻璃上表面形成聚苯乙烯微球平铺的单层膜层;(3)利用离子源辅助镀膜技术将聚苯乙烯小球直径刻小,接着沉积二氧化硅层;(4)利用化学试剂对石英基底进行清洗,将带有部分二氧化硅的聚苯乙烯微球洗去;(5)洗净后的石英基底进行二次离子源辅助沉积二氧化硅,在原有结构表面继续沉积一定厚度的二氧化硅材料,获得最终结构。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:清洗口径Ф10
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300mm厚度1
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50mm的石英玻璃,具体过程如下,利用极性由小到大的丙酮、氯仿、无水乙醇、去离子水依次超声清洗石英玻璃,超声功率40
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60w,清洗时间均分别为3
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10min,去除石英玻璃表面污染物,清洗后的石英玻璃浸没在去离子水中,待用。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:聚苯乙烯微球的自组装过程,(1)配置质量浓度为1%
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20%、粒径为300nm
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3000nm的聚苯乙烯微球的单分散液,溶剂为体积比为1:1
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1:5的水和乙醇的混合液,然后将其置于功率40
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100w的超声清洗器中进行超声,时间为10
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60min,使该混合液混合均匀;(2)在玻璃培养皿中加入去离子水,将清洗后的石英基底浸没在其中,石英玻璃水平放置,利用注射泵抽取体积为100uL
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2mL的超声后的单分散聚苯乙烯微球的混合液,将其匀速注入到玻璃培养皿中的去离子水表面,控制注入速度为0.1
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2mL/h,直至整个液面布满一层聚苯乙烯微球;(3)将玻璃培养皿中的去离子水导出,聚苯乙烯单层膜随着液面下降而下降,直至其降至石英基底表面,将石英基底取出,就得到带有聚苯乙烯微球单层膜的石英玻璃基底,室温下干燥,待用。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:利用U形管或软管将玻璃培养皿中的去离子水导出。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:利用离子源辅助镀膜技术将聚苯乙烯小球直径刻小,并镀上二氧化硅层的过程为:将带有聚苯乙烯微球单层膜的石英基底放入离子源辅助镀膜机的腔体内,抽真空,设置反应条件,刻蚀气体为氧气(O2),气体流量为40
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100sccm,刻蚀过程中离子...
【专利技术属性】
技术研发人员:李刚,滕飞,吕起鹏,刘锐,金玉奇,
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:
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