非水性スラリーを用いた流体ジェット研磨を使用したリン酸二水素カリウムの自由曲面仕上げ表面の性能特性評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6524 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

リン酸二水素カリウム (KDP) およびその重水素化類似体 (DKDP) は、高出力レーザー システム用のユニークな非線形光学材料です。 これらは、融合クラスのレーザーシステムに適した開口部で光学品質の結晶を成長させることができるため、周波数変換や偏光制御に広く使用されています。 KDP/DKDP 光学系の自由形状を作成するための既存の方法では、高ピーク出力レーザー システムの紫外線部分での動作に十分なレーザー誘起損傷閾値 (LIDT) を備えた表面を生成できません。 この研究では、自由曲面 KDP 表面を作成するためのサブアパーチャ仕上げ方法として、非水性スラリーを使用する流体ジェット研磨 (FJP) を研究します。 この方法は、0.16 μm ～ 5.13 μm の範囲の除去量で、同じ基板上の異なる深さまで表面領域を選択的に研磨するために使用されました。 仕上げ表面では、除去深さが増加するにつれて粗さがわずかに増加し、少数の破砕ピットが見られました。 351 nm、1 ns パルスによるレーザー損傷テストでは、優れた表面損傷閾値が実証され、破壊ピットのない領域で最も高い値が得られました。 この研究は、メーターサイズの光学素子に合わせて調整できる偏光ランダム化を提供する波長板の製造を可能にする方法を初めて実証します。 さらに、この方法は、KDP で使用するために特別に設計された非水スラリーを組み込んだ FJP 技術に基づいています。 この新規な非水系 FJP プロセスは、柔軟性、脆性、水溶性、温度感受性など、同様の困難な固有特性を示す他の種類の材料の造形にも使用できます。

リン酸二水素カリウム (KDP) とその重水素化類似体 DKDP はどちらも、大口径、高ピーク出力のレーザー システムにとって重要な光学材料であり、周波数変換、偏光平滑化、および電気光学スイッチングに使用されます1。 KDP と DKDP は、大きな非線形光学係数、高いレーザー誘起損傷閾値 (LIDT)、および顕著な光学活性 2,3 により、国立点火施設 (NIF、米国) やレーザーエネルギー研究所のオメガレーザー施設（LLE、米国）4. しかし、光学品質の KDP 表面の製造は、材料の高い水溶性、脆さ、柔らかさ、および温度感受性のため、非常に困難です5。 これらの特性のため、KDP および DKDP の商用仕上げは、非水性冷却液とスラリーを使用した 1 点ダイヤモンド旋削と従来の平面のラップ研磨に限定されています 6、7。 近年、KDPの様々なサブアパーチャの仕上げ方法が研究されています。 安定した高精度のサブアパーチャ除去プロセスにより、この材料の自由曲面形状が可能になります。 これにより、直線偏光ビームの偏光混合（平滑化）や光学平面の波面補正のための空間可変リターダンスを備えた波長板などの新しい光学素子の製造が可能になります。 研究されたサブアパーチャ法の性質は大きく異なり、磁気レオロジー仕上げ（MRF）、サブアパーチャ研磨、イオンビーム造形（IBF）、超精密研削、無砥粒ジェット研磨などが含まれます8、9、10、11、12、13。 、14、15、16、17、18。 これらの方法は有望ではありますが、加熱による亀裂形成 (IBF) や鉄汚染 (MRF) などのさまざまな欠陥が発生し、紫外線領域での高レーザー出力に耐える光学素子の能力を損なう可能性があります 8、9、13、15。 研磨剤を使用しないジェット研磨では、流体ジェット内で油中水型マイクロエマルションを使用し、溶解メカニズムによる除去を実現します17、18。 この方法はサブアパーチャですが、我々の経験では、マイクロエマルションとの接触中に材料の除去と結晶のエッチングが急速に起こる可能性があります。 続いて、流体ジェットの主衝突領域から遠く離れているが、不注意でマイクロエマルションにさらされた表面積が悪影響を受ける。 したがって、この方法で高品質な自由曲面を作成する能力は大幅に制限されます。