La silice fondue est un matériau important pour de nombreuses applications en optique et photonique en raison de ses excellentes performances optiques. Le traitement de la silice fondue au CO pulsé 2 l'ablation au laser offre la possibilité de convertir une structure en marches gravée arbitrairement en une structure continue. Cependant, la réalisation de surfaces optiques continues avec la plus haute précision par ablation par impulsion laser nécessite un équilibre de plusieurs paramètres.

Afin d'obtenir rapidement les paramètres optimaux pour un polissage de pointe, un groupe de recherche de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai (SIOM) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a récemment développé un modèle numérique basé sur la méthode des éléments finis pour prédire l'évolution morphologique d'une structure en escalier sur de la silice fondue sous différentes CO 2 conditions de chauffage laser. Leurs conclusions ont été publiées dans Materials.

Dans l'expérience, la simulation s'est concentrée sur l'ablation laser non explosive avec une intensité laser dans le régime de ~0,1-1MW/cm ² , où l'enlèvement de matière par évaporation dominait, et le déplacement et l'éjection incontrôlables de la masse fondue étaient évitables. Ainsi, la température critique de récession de surface était le seuil de vaporisation de la silice fondue à la pression atmosphérique normale.

Selon la formule de Hertz-Knudsen-Schrage, la vitesse de récession de surface pourrait être calculée à partir de l'irradiation laser absorbée, la densité du matériau et le changement total d'enthalpie requis pour volatiliser le matériau. De plus, la déformation de surface globale d'une structure en escalier sur silice fondue a pu être calculée selon différents paramètres basés sur la méthode des éléments finis.

Relativement, il était préférable d'acquérir un profil poli plus proche de celui attendu avec moins de perte de matière. En utilisant le modèle numérique, les chercheurs ont obtenu les paramètres optimaux pour polir la structure de marche sur silice fondue après une comparaison des morphologies de surface prédites dans différentes conditions de chaleur.

Adoptant les paramètres optimisés acquis à partir du modèle numérique, une structure de marche en forme de cône typique d'un diamètre de 2 mm et d'un angle d'inclinaison de 10,4° a été traitée via du CO 2 Ablation laser pulsée expérimentalement. La morphologie de la structure traitée a été observée et caractérisée, et les mesures étaient en bon accord avec les valeurs prédites.

Ces résultats indiquent que le modèle numérique peut simuler la modification morphologique du CO 2 ablation laser avec un haut degré de fiabilité. Il pourrait en outre être utilisé pour optimiser les paramètres de traitement pour personnaliser les surfaces de silice fondue continue, ce qui pourrait faciliter la fabrication industrielle d'optiques de forme libre.