高效磁场耦合增强等离子加工技术

在大型强激光光学系统以及激光武器系统中，需要大量中大口径脆硬光学元 件。例如：蓝宝石、碳化硅等高脆硬光学材料，其加工精度要求高、韧性低，加 工过程中极易产生破碎和裂纹，加工难度极大，一直是制约我国高功率强激光装 置发展的瓶颈。 在国家重点研发计划政府间重点专项的支持下，西安工业大学与白俄罗斯共 和国国立无线电电子大学共同开展“高径厚比脆性光学元件磁场耦合增强等离子 加工技术研究”合作研究。项目以颠覆性的思路，创造性地将等离子体抛光技术 与现有的磁控溅射镀膜技术相结合，利用白俄罗斯国立信息与无线电电子大学在 磁控等离子体溅射阴极源设计方面的技术积累，研制出了磁场耦合射频等离子体 抛光样机，突破了现有等离子体光学加工的局限性，使得该技术在光学元件的加 工尺寸、加工对象和加工效率等方面能力获得极大地提升。 该款样机利用磁控溅射方式的磁场耦合增强等离子体加工技术，以运动磁场 驱动高密度等离子体区定向移动，“以线及面”，以“空间”换取“时间”，属于 一种新的等离子体刻蚀技术。该技术成功实现了蓝宝石光学元件高效、低损伤保 形加工，并结合磁流变抛光技术和离子束修形抛光技术，构建了分级复合的一体 化制造工艺。 本成果所提出的增强磁场耦合等离子体抛光加工方法，适宜于碳化硅、蓝宝 石等高脆硬光学材料的加工，克服了现有真空等离子体加工尺寸小的缺点，可以 高效率地实现中大口径光学元件损伤层的快速去除，降低光学元件损耗，这对高 精度成像系统成像质量的提高，高功率激光系统中激光传输能力提升都具有重要 的意义，也为创成以等离子体加工技术和离子束加工技术为核心的柔性抛光工艺 新流程奠定了基础。

关键技术： 1) 线性磁场耦合增强等离子体源技术研究 2) 线性磁场耦合增强等离子体源专用装置研究 3) 线性磁场耦合等离子体分布调控技术研究 4) 典型光学元件线性磁场耦合增强等离子体刻蚀抛光特性及机理研究 5) 中大口径高厚径比光学元件一体化加工工艺研究； 技术指标： 1) 等离子体设备腔室直径 400.mm，极限真空可达5.010-5Pa，磁极线性磁 场长度350mm，一维运动行程 380mm，重复定位精度小于 10μm； 2) 可实现典型蓝宝石元件加工：300mm 口径（厚径比>10:1）、表面缺陷 层厚度小于 5nm、结合离子束抛光表面粗糙度低于 0.2nm（rms)、面 形0.12λ；