近期，中國科學院上海光學精密機械研究所精密光學製造與(yu) 檢測中心實驗室在激光近無應力燒蝕理論及工藝研究中取得新進展。研究首次揭示了激光燒蝕過程中加工形貌及殘餘(yu) 熱應力的分布行為(wei) 及演變規律。相關(guan) 研究成果以“Theoretical and experimental investigations in thermo-mechanical properties of fused silica with pulsed CO2 laser ablation”為(wei) 題發表在Optics Express上。

伴隨著現代光學技術的發展，熔石英光學元件被廣泛應用於(yu) 高功率激光係統中，但隨著光學元件表麵質量要求的不斷提升，目前的子孔徑拋光技術不可避免地會(hui) 引入雜質汙染，嚴(yan) 重影響了元件在高功率光學係統中的性能。當前，激光加工具有非接觸和無拋光輔料的優(you) 勢，有望成為(wei) 突破現有加工瓶頸的關(guan) 鍵技術，但現有的激光燒蝕和激光拋光技術均會(hui) 引入殘餘(yu) 熱應力，嚴(yan) 重縮短元件的使用壽命，對激光精密加工提出了巨大的挑戰。

圖1 三維多物理場耦合模型示意圖。

針對上述問題，研究建立了激光燒蝕的三維多物理場耦合模型，通過光學遲滯和應力雙折射對燒蝕後的熱應力進行了量化，成功獲得了有/無熱應力的加工判據。同時，該模型揭示了不同加工參數下應力及形貌的時間/空間分布及其演變規律，得到的模擬結果與(yu) 實驗結果吻合較好，誤差小於(yu) 10%。

本研究有助於(yu) 深入了解激光燒蝕過程，為(wei) 實現高表麵質量和近無熱應力的激光燒蝕奠定了理論基礎，對光學元件超精密製造有重要意義(yi) 。

圖2激光掃描路徑的應力分布。(a)a-e點的Von Mises應力分布示意圖；(b)a-e點Von Mises應力的時間分布；(c) a-e點在10000 μs時的Von Mises應力；(d) c點溫度及不同應力分布，藍色區域為(wei) 拉應力區，橙色區域為(wei) 壓應力區。