Rôle des marques d'outils à l'intérieur de la fosse d'atténuation sphérique fabriquée par micro

Scientific Reports volume 5, Numéro d'article : 14422 (2015) Citer cet article

1371 Accès

13 citations

Détails des métriques

La réparation du site initial de légers dommages en structures stables par des techniques d'ingénierie est la principale stratégie pour atténuer l'augmentation des dommages sur les composants de grande taille utilisés dans les installations de fusion laser. Pour les cristaux KH2PO4, servant de convertisseur de fréquence et de cellule optoélectronique de commutation-Pockels, le micro-fraisage s'est avéré la méthode la plus prometteuse pour fabriquer ces structures stables. Cependant, des marques d'outils à l'intérieur de la fosse de réparation seraient inévitablement introduites en raison de l'usure de la fraise lors du processus de réparation réel. Ici, nous étudions quantitativement l'effet des marques d'outils sur la qualité de réparation des composants cristallins endommagés en simulant l'intensification de la lumière induite et en testant le seuil de dommage induit par le laser. Nous avons constaté qu'en raison de la formation de points chauds de focalisation et d'ondulations d'interférence, l'intensité lumineuse est fortement améliorée par la présence de marques d'outils, en particulier celles situées sur les surfaces arrière. En outre, l’effet négatif des marques d’outils dépend de la densité des marques et plusieurs marques d’outils aggraveraient l’intensification de la lumière. Les tests de dommages au laser ont vérifié le rôle des marques d'outils en tant que points faibles, réduisant ainsi la qualité de la réparation. Ce travail propose de nouveaux critères pour évaluer de manière globale la qualité des surfaces optiques réparées afin d'atténuer le problème du goulot d'étranglement lié au faible seuil de dommage laser pour les composants optiques dans les installations de fusion laser.

Afin de produire une énergie de fusion contrôlable, un certain nombre de faisceaux laser ont été concentrés sur des cibles de taille micrométrique pour construire des systèmes laser de haute puissance dans le monde entier1,2,3,4,5. Dans des systèmes laser aussi gigantesques, un grand nombre de composants optiques de grande taille dotés de surfaces de haute précision sont nécessaires pour amplifier et acheminer les faisceaux laser vers la chambre cible sous vide. Par exemple, plus de 30 000 pièces de composants optiques sont installées dans la National Ignition Facility (NIF), qui comprend 192 faisceaux à grande ouverture (42 cm) construits par le Lawrence Livermore National Laboratory aux États-Unis4,6,7. Parmi ces pièces, les cristaux de dihydrogénophosphate de potassium (KH2PO4, connu sous le nom de KDP) sont considérés comme des composants irremplaçables et servent de convertisseur de fréquence et de cellule de commutation optoélectronique de Pockels en raison de leurs propriétés physiques et électro-optiques uniques8,9,10. L'une des principales préoccupations des installations de fusion laser est que, sous l'irradiation de lasers de haute puissance, les pièces optiques sont susceptibles de subir des dommages induits par le laser, ce qui réduirait considérablement leurs performances optiques et leur durée de vie2,11,12,13,14. ,15. Les dommages causés par le laser sur les surfaces menacent généralement les systèmes laser plus gravement que les dommages globaux, car l'ampleur des dommages superficiels connaîtrait une croissance rapide après une irradiation laser ultérieure, tandis que pour les dommages globaux, elle reste inchangée12,16. Bien que les dommages induits par le laser sur les composants optiques constituent un domaine de recherche actif depuis plus de quatre décennies, ce phénomène n'est toujours pas bien compris et le faible seuil de dommage induit par le laser (LIDT) reste un goulot d'étranglement dans le développement de lasers de haute puissance. systèmes17. Pour l'optique à cristal KDP, le LIDT réel est bien inférieur à la valeur théoriquement calculée. À ce stade, il est extrêmement important de développer de nouvelles techniques permettant d’améliorer la résistance aux dommages causés par le laser.

Dans les installations de fusion laser actuelles, une stratégie de réparation a été proposée et largement appliquée à diverses optiques terminales pour freiner la croissance de sites de dommages de surface instables afin d'améliorer la résistance aux dommages laser. La stratégie de réparation, également appelée « atténuation », consiste à initier d'abord les précurseurs de dommages au niveau des zones de surface sensibles par pré-irradiation avec des lasers à faible fluence, puis à identifier les sites de dommages instables et enfin à les réparer avec une atténuation bénigne pré-conçue. structure avec un LIDT3,12,18,19,20,21,22 beaucoup plus élevé. Deux techniques de fusion au laser CO2 à une longueur d'onde de 10,6 µm3,18 et d'ablation laser à impulsions ultra-courtes19 sont les méthodes de traitement typiques pour éliminer les sites de dommages instables initiaux pour la silice et les optiques à revêtement multicouche. Cependant, en raison des propriétés physiques et mécaniques délicates des cristaux de KDP, le micro-usinage s'est avéré être la méthode la plus prometteuse pour éliminer complètement les sites de dommages initiaux sur les surfaces des cristaux20,21,22.