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上海光机所在熔石英CO2激光加工技术领域取得系统性进展

中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部魏朝阳研究员团队在熔石英光学元件CO2激光加工技术领域取得系统性研究进展，团队系统梳理了CO2激光加工熔石英从基础物理机理到先进功能化应用的完整技术链条，相关综述成果以“CO2 laser processing of fused silica: a review of mechanisms, defect control and functionalization”为题发表于Optics & Laser Technology。

熔石英光学元件是惯性约束聚变装置等国家重大科技基础设施的核心终端光学部件，长期工作在强紫外激光辐照的极端环境中。传统切割、研磨等加工工艺不可避免地会在元件亚表面引入缺陷，这些缺陷作为激光损伤前驱体，会大幅降低元件的激光诱导损伤阈值，成为制约高功率激光系统输出能量提升的核心技术瓶颈。CO2激光加工凭借非接触加工、无污染等突出优势，已成为抑制加工缺陷、修复激光损伤位点的关键技术，但在从实验室研究向工程化应用推进的过程中，始终面临残余应力累积等诸多挑战，制约了技术的规模化应用。

该综述全面构建了CO2激光加工熔石英的完整技术体系，在基础物理机理层面，系统阐明了瞬态热场演化、结构弛豫与虚构温度效应、熔池毛细流动、蒸发烧蚀、热应力产生等多物理耦合过程，同时对比了解析模型、数值模型、原子模型、数据驱动模型等多类预测方法的适用边界与精度水平，为工艺设计从经验试错向定量预测优化转变奠定了坚实的理论基础。在工艺技术层面，综述梳理了CO2激光低缺陷加工从单步局部修复、多步与混合步修复到全口径低缺陷高精度制造的完整技术演进路径，量化了不同工艺参数与修复效果的对应关系，建立了针对性的缺陷控制策略，其中团队提出的全光低缺陷、清洁制造工艺链路，有效解决了几何精度与损伤阈值难以兼顾的行业共性难题。在功能拓展层面，综述系统阐述了CO2激光加工从被动缺陷修复向主动功能化制造的范式转变，全面总结了该技术在微光学、3D透明结构、光机电功能集成三大方向的技术进展与典型应用，展现了其从元件修复到功能器件制造的广阔发展空间。

该综述为突破熔石英光学元件性能瓶颈、推进激光先进制造技术的工程化应用提供了清晰的技术路线图。研究团队同时指出，未来该领域的研究将重点围绕纳米尺度损伤前驱体识别、多模态实时在线监测、大口径规模化加工三大核心方向展开，持续推动高抗损伤、功能集成型熔石英光学元件制造技术的突破与产业落地。

图1 全光低缺陷、清洁制造链路示意图

图2 CO2激光加工熔石英的未来发展方向

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