Caracterización del rendimiento de superficies acabadas de forma libre de dihidrógenofosfato de potasio mediante pulido por chorro de fluido con una suspensión no acuosa

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 6524 (2023) Citar este artículo

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El dihidrogenofosfato de potasio (KDP) y su análogo deuterado (DKDP) son materiales ópticos no lineales únicos para sistemas láser de alta potencia. Se utilizan ampliamente para la conversión de frecuencia y el control de la polarización en virtud de su capacidad de hacer crecer cristales de calidad óptica en aperturas adecuadas para sistemas láser de clase de fusión. Los métodos existentes para el modelado de forma libre de la óptica KDP/DKDP no producen superficies con suficientes umbrales de daño inducido por láser (LIDT) para operar en la porción ultravioleta de los sistemas láser de alta potencia máxima. En este trabajo, investigamos el pulido por chorro de fluido (FJP) utilizando una suspensión no acuosa como método de acabado debajo de la apertura para producir superficies KDP de forma libre. Este método se utilizó para pulir selectivamente áreas de superficie a diferentes profundidades en el mismo sustrato con eliminaciones que oscilaban entre 0,16 µm y 5,13 µm. Las superficies terminadas demostraron un ligero aumento en la rugosidad a medida que aumentó la profundidad de eliminación junto con una pequeña cantidad de fosas de fractura. Las pruebas de daño con láser con pulsos de 351 nm y 1 ns demostraron umbrales de daño superficial excelentes, con los valores más altos en áreas sin fosas de fractura. Este trabajo demuestra, por primera vez, un método que permite la fabricación de una placa de ondas que proporciona una aleatorización de polarización personalizada que se puede escalar a ópticas del tamaño de un metro. Además, este método se basa en la tecnología FJP que incorpora una suspensión no acuosa especialmente diseñada para usar con KDP. Este novedoso proceso FJP no acuoso también se puede utilizar para determinar otros tipos de materiales que exhiben propiedades inherentes desafiantes similares, como suavidad, fragilidad, solubilidad en agua y sensibilidad a la temperatura.

Tanto el dihidrógeno fosfato de potasio (KDP) como su análogo deuterado DKDP son materiales ópticos críticos en sistemas láser de gran apertura y alta potencia máxima, donde se utilizan para conversión de frecuencia, suavizado de polarización y conmutación electroóptica1. Debido a su gran coeficiente óptico no lineal, su alto umbral de daño inducido por láser (LIDT) y su importante actividad óptica2,3, KDP y DKDP son materiales indispensables para sistemas láser de clase de fusión como el National Ignition Facility (NIF, EE. UU.) y la Instalación de Láser Omega del Laboratorio de Energética Láser (LLE, EE.UU.)4. Sin embargo, la fabricación de superficies KDP de calidad óptica es extremadamente difícil debido a la alta solubilidad en agua, fragilidad, suavidad y sensibilidad a la temperatura del material5. Debido a estas propiedades, el acabado comercial de KDP y DKDP se limita al torneado con diamante de un solo punto y al pulido convencional de superficies planas utilizando lechadas y fluidos refrigerantes no acuosos6,7. En los últimos años, se han realizado investigaciones sobre varios métodos de acabado por debajo de la apertura para KDP. Un proceso de eliminación de subaberturas estable y de alta precisión permitiría modelar la superficie de forma libre de este material. A su vez, esto permitiría la fabricación de nuevos elementos ópticos, como placas onduladas con retardo espacialmente variable para la mezcla (suavizado) de polarización de haces polarizados linealmente, así como la corrección del frente de onda de planos ópticos. La naturaleza de los métodos de subapertura estudiados varía considerablemente e incluyen acabado magnetorreológico (MRF), pulido de subapertura, modelado por haz de iones (IBF), rectificado de ultraprecisión y pulido con chorro sin abrasivos8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18. Aunque prometedores, estos métodos pueden producir una variedad de defectos, como la formación de grietas por calentamiento (IBF) y contaminación por hierro (MRF), que socavan la capacidad de la óptica para resistir una alta potencia del láser en el régimen ultravioleta8,9,13,15. El pulido por chorro sin abrasivos emplea el uso de microemulsiones de agua en aceite en un chorro fluido para lograr la eliminación mediante un mecanismo de disolución17,18. Aunque el método es de subapertura, nuestra experiencia es que la eliminación del material y el grabado de cristales pueden ocurrir rápidamente durante el contacto con una microemulsión. Posteriormente, se afectan negativamente áreas superficiales alejadas de la zona de impacto primaria del chorro de fluido, pero expuestas inadvertidamente a la microemulsión. Por tanto, la capacidad de este método para producir superficies de forma libre de alta calidad está gravemente restringida.

En el sentido más básico, el pulido por chorro de fluido (FJP)19 consiste en bombear una suspensión de pulido que contiene partículas abrasivas a bajas presiones (0,5 a 8 bar) a través de una boquilla con un diámetro de salida del orden de 1 mm. La suspensión abrasiva incide en la superficie de la pieza de trabajo, generando un punto de eliminación de escala milimétrica. La adaptación de FJP para el acabado KDP de forma libre utilizando una suspensión no acuosa puede tener varias ventajas distintas. En primer lugar, el enfriamiento activo del sustrato mediante el chorro de fluido reduce las variaciones de temperatura que pueden provocar daños catastróficos al cristal. En segundo lugar, existen limitaciones mínimas en la composición de la suspensión de pulido, lo que permite el uso de químicas de suspensión que son compatibles con KDP en términos de reactividad química y preservación del rendimiento del daño por láser. El pulido con chorro de fluido también posee la capacidad de eliminar material tanto en modo frágil como dúctil20,21. En el modo dúctil, las partículas que impactan sólo penetrarán la superficie hasta una profundidad poco profunda y no provocarán daños en el subsuelo. Como tal, el daño preexistente causado por el esmerilado y el pulido se reduce a medida que avanza la eliminación mediante FJP. Estudios recientes sobre sílice fundida han demostrado que cuando se utiliza una suspensión y un proceso adecuados, FJP puede mantener o incluso mejorar significativamente el LIDT22,23.

Este artículo informa sobre el rendimiento del daño por láser de superficies KDP acabadas por FJP a diferentes profundidades utilizando una suspensión abrasiva a base de aceite especialmente desarrollada que consiste en aceite mineral y nanopartículas de alúmina. La prueba de daño por láser se realizó utilizando pulsos de láser de 351 nm y 1 ns. Los resultados indican que se puede lograr un LIDT razonablemente alto y que podría mejorarse aún más eliminando una clase de defectos por picaduras que se forman esporádicamente durante el proceso y actúan para atrapar componentes residuales de la suspensión de pulido. Las áreas de superficie libres de estos defectos exhiben un excelente comportamiento frente al daño por láser.

Para preparar la suspensión no acuosa, se mezcló completamente estearato de sodio al 5% en peso (Sigma Aldrich) con aceite mineral ligero. Luego se añadió óxido de aluminio (tamaño de partícula promedio de 50 nm) a una concentración del 5% en peso. La formulación se filtró pasándola a través de un tamiz de 63 µm.

La configuración FJP utilizada para estos experimentos es consistente con una configuración básica como se describe en la literatura19,24. En la Fig. 1 se muestra un esquema de la configuración de FJP utilizada para este estudio.

Esquema de la configuración FJP utilizada para este estudio.

La suspensión no acuosa se entregó y recirculó mediante una bomba de diafragma a una presión de bombeo de 6,9 ​​bares. La boquilla poseía una salida cilíndrica de 1 mm de diámetro y estaba orientada perpendicular al sustrato montado a una distancia de separación de 2 mm. El proceso está controlado numéricamente por computadora (CNC), ya que la boquilla puede rallar sobre la superficie de la pieza de trabajo. El software CNC ingresa un perfil de eliminación de puntos de herramienta y determina la trayectoria y los tiempos de permanencia necesarios para lograr el perfil de superficie deseado. La estabilidad tanto del proceso como de la lechada se monitoreó evaluando periódicamente el perfil de eliminación de manchas de la herramienta para detectar cualquier cambio. La limpieza posterior a FJP se realizó sumergiendo la muestra en baños secuenciales de isopropanol, seguido de enjuague con xilenos y arrastrando suavemente la muestra con un paño no tejido para sala limpia. Los cristales de KDP utilizados para este estudio fueron sustratos cuadrados de 1,0 cm de espesor, 2,5 y 5,0 cm pulidos a mano en un traslape de brea. El eje óptico era de 90° (corte X) con respecto a lo normal en la superficie de la muestra.

Las mediciones del perfil de la superficie y el análisis de rugosidad rms se realizaron en un interferómetro de luz blanca Zygo Nexview. El análisis de rugosidad se midió en un área de 800 × 800 μm utilizando un objetivo de 2,8 ×. Las micrografías de contraste de interferencia diferencial (DIC) de Nomarski se capturaron utilizando un microscopio Zeiss Axio que operaba en modo de reflexión con un objetivo de 100 ×. El análisis de microscopía electrónica de barrido/espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (SEM/EDS) se realizó en un Zeiss Sigma 300 (SEM) y EDAX Octane Elect (EDS). Antes del análisis, el sustrato de KDP se recubrió con platino.

Los experimentos de daño por láser se realizaron utilizando un láser Nd-YLF con conmutación Q, con una frecuencia triplicada a 351 nm con una duración de pulso de 1 ns. El formato experimental es consistente con un enfoque estandarizado para las pruebas de daño por láser25. El haz gaussiano (350 μm, 1/e2) se enfocó en un ángulo de incidencia de 7° en la superficie frontal del sustrato KDP. El daño inducido por láser se controló mediante un microscopio de campo oscuro in situ con iluminación de luz blanca. La detección de daños se determinó restando entre imágenes del sitio tomadas antes y después de la irradiación.

El protocolo de prueba para fosas de fractura consistió en una rampa de fluencia de pulsos múltiples (R-on-1) utilizando una tasa de repetición de 0,1 Hz y una fluencia inicial de 3 J/cm2. Luego se aumentó la fluencia en incrementos relativos del 5% hasta que se observaron daños. En total, los siete pozos de fractura más grandes fueron sometidos a pruebas de daño con láser.

Para superficies sin fosas de fractura, se empleó un protocolo de prueba 1 a 1. Este protocolo expone cada nuevo sitio a un único pulso láser con una fluencia particular y registra la presencia o ausencia de daños en la superficie de forma binaria. Para cada superficie terminada con FJP, se utilizaron ~ 100 sitios de prueba. Las probabilidades de daño se calcularon utilizando el “método límite acumulativo”26 y los valores LIDT corresponden a una probabilidad de daño del 5% al ​​10%.

La suspensión no acuosa utilizada para este estudio se desarrolló con el objetivo de lograr compatibilidad con KDP y LIDT máximo. Se descubrió que el aceite mineral ligero era un líquido portador adecuado debido tanto a su contenido de agua intrínsecamente bajo (que se consideró importante para minimizar los defectos inducidos por el proceso) como a su incapacidad para absorber la humedad atmosférica. Además, debido a su baja presión de vapor (< 0,1 mmHg a 20 °C), se produce una evaporación insignificante durante el transcurso de ciclos de pulido prolongados, lo que podría dar lugar a características de eliminación modificadas. Según pruebas anteriores en las que se utilizaron suspensiones acuosas para el pulido de sílice fundida22, las partículas de alúmina poseen una baja absorción a 351 nm, lo que reduce el impacto en LIDT debido a la contaminación de partículas en la superficie en comparación con otros abrasivos como la ceria. El estearato de sodio funciona como dispersante para mantener las partículas de alúmina suspendidas y desaglomeradas mediante repulsión estérica. La rápida sedimentación de las partículas puede provocar inconsistencias en la tasa de eliminación. La adición de modificadores de viscosidad también puede tener efectos en el rendimiento de la lechada, ya que estos aditivos pueden cambiar los parámetros relacionados con los movimientos y la distribución de partículas dentro de un chorro de fluido24.

El proceso FJP se desarrolló principalmente para lograr una alta tasa de eliminación que permitiera procesar ópticas de gran apertura. Las consideraciones secundarias de importancia fueron la rugosidad de la superficie y el ancho total a la mitad del tamaño del punto de la herramienta máximo (FWHM). Aunque existen numerosos parámetros de proceso que se pueden ajustar para un proceso FJP, las consideraciones principales para este trabajo incluyeron el contenido abrasivo, el diámetro de la boquilla, la distancia de separación y la presión de entrega de la lechada. En la Fig. 2 se muestran tres perfiles de puntos de herramientas generados por tiempos de permanencia de 30 s a partir de este proceso de optimización.

Perfil del punto de la herramienta de pulido por chorro de fluido en sustratos KDP generado por diversos cambios en el proceso, incluida la presión, el diámetro de la boquilla, la distancia de separación y las modificaciones de la formulación.

El proceso FJP que demostró un rendimiento óptimo basado en lograr una tasa de eliminación relevante para la aplicación con rugosidad y FWHM aceptables, generó el punto de herramienta en la Fig. 2c. Los parámetros para este proceso se describen en la sección Experimental anterior. La tasa de eliminación alcanzada con este proceso fue de 5,9 μm3/s con un valor FWHM de 1,4 mm. Para nuestra aplicación prevista, un FWHM de 1,4 mm nos permite fabricar características adecuadas para aleatorizar la polarización de un rayo láser de 300 mm de diámetro mediante la introducción de un patrón espacial predeterminado del retardo de la placa de onda KDP. Se pueden lograr tasas de eliminación más rápidas con diámetros de boquilla superiores a 1 mm (usando los mismos parámetros), pero el aumento de FWHM reduce la resolución espacial que se puede lograr.

Los resultados de las pruebas de daño por láser y la caracterización presentados en este trabajo se obtuvieron de cuatro profundidades de superficie diferentes generadas por el proceso FJP discutido anteriormente. Dado que el LIDT puede variar entre los sustratos de KDP por diversas razones que están fuera de nuestro control27,28, todas las profundidades de la superficie se generaron en un solo sustrato. Las superficies terminadas eran áreas cuadradas de 1,5 × 1,5 cm con profundidades de eliminación de FJP de 0,16 µm, 1,59 µm, 4,19 µm y 5,13 µm. Se eligió una profundidad de eliminación máxima de 5,13 μm porque representa la mayor variación de altura de la superficie requerida para nuestra aplicación de interés de suavizado de polarización. La superficie del cristal KDP (5,0 × 5,0 × 1,0 cm) utilizada para este estudio tenía una orientación de corte en X (90 ° desde el eje óptico) y se pulió en un traslape de paso. Durante la fabricación, el perfil del punto de herramienta generado por la lechada se probó y midió periódicamente para garantizar la estabilidad del proceso y que no se produjeran cambios significativos, como la aglomeración de partículas. No se observó ningún cambio mensurable en el perfil del punto de la herramienta al finalizar la ejecución. Para ópticas más grandes que requieren una mayor eliminación de material, este monitoreo periódico sería importante para tener en cuenta cualquier desviación del perfil del punto de la herramienta durante un proceso de pulido más largo. En la Fig. 3 se muestra una medición del perfil de la superficie del sustrato de prueba terminado y de forma libre.

Perfil de superficie del sustrato KDP cortado en X fabricado para este estudio: (a) 0,16 μm, (b) 1,59 μm, (c) 4,19 μm y (d) 5,13 μm.

Las mediciones de rugosidad de las cuatro superficies acabadas con FJP (área de análisis de 800 × 800 μm) se muestran en la Tabla 1. Este análisis revela un aumento en la rugosidad rms a medida que avanzaba la cantidad de material eliminado por FJP.

Un aumento en la rugosidad después de FJP de una superficie altamente pulida es típico y es indicativo de que la eliminación de material se produce mediante modos de fractura tanto dúctil como frágil20,21,24. Este comportamiento se alinea con los mecanismos de eliminación de FJP propuestos para materiales blandos y quebradizos como KDP29. La transición entre estos modos de eliminación para un material en particular ocurre cuando las partículas impactantes alcanzan una profundidad de penetración crítica dc según lo definido por Bifano30.

La tenacidad a la fractura del material se define como kc, E es el módulo de elasticidad y H es la dureza. Las partículas abrasivas con suficiente energía para penetrar la superficie de la pieza de trabajo más allá de esta profundidad generarán grietas y eliminarán material del sustrato en modo frágil. Para el plano de superficie de corte X de KDP utilizado para este estudio, ingresamos kc = 0,22 MPa · m1/2, E = 38,7 GPa y H = 1,4 GPa, lo que produce un valor de profundidad crítica de 102 nm. Es importante señalar que las propiedades mecánicas del KDP varían en la literatura y demuestran propiedades físicas anisotrópicas y dependientes de la carga incluso dentro de un plano de cristal único31. Sin embargo, dado que el perfil del punto de nuestra herramienta supera los 400 nm de profundidad, asumimos que se está produciendo una fractura frágil como componente del proceso de eliminación.

Un análisis más detallado del sustrato con acabado FJP mediante microscopía DIC de Nomarski reveló la presencia de una pequeña cantidad de fosas de fractura, como el ejemplo que se muestra en la Fig. 4.

(a) Micrografía de una fractura representativa observada después del acabado de FJP. (b) Perfil de la superficie del mismo pozo medido con un interferómetro de luz blanca. La profundidad máxima de la fosa es de 4,6 μm.

La cuantificación completa de los hoyos reveló que su densidad numérica era sustancialmente mayor en los cuadrados más profundos (4,19 μm y 5,13 μm), como se muestra en la Tabla 2.

Debido al bajo número y la formación esporádica de los pozos, nuestra hipótesis es que su formación está impulsada por la presencia de defectos cristalinos en el subsuelo. Se han identificado previamente una variedad de defectos masivos en KDP, como dislocaciones32,33, inclusiones líquidas34 e incluso grupos que han demostrado movilidad bajo excitación láser35. Estos defectos crean áreas de tensión en la superficie cercana de los cristales de KDP, por lo que son más susceptibles a fallas mecánicas y al inicio de formaciones de grietas36,37,38. Como tal, la frecuencia de formación de picaduras de fractura es un indicador probable de la calidad del cristal. A medida que avanza la profundidad del FJP, se encuentran defectos adicionales y aumenta la probabilidad de eventos de fractura frágil. Además, las profundidades observadas para estos pozos de fractura (3 a 7 μm) significan que muchas de ellas todavía existirán en la profundidad FJP más profunda (5,13 μm) investigada en este estudio, y su ocurrencia será acumulativa a medida que aumente la profundidad. Los estudios futuros se centrarán en probar cristales de varios métodos de crecimiento y realizar la eliminación de FJP a mayor profundidad para lograr una comprensión más completa de este fenómeno. Además, imaginamos que FJP puede ser un método adecuado para acceder y estudiar más a fondo estos defectos de cristal, que son difíciles de detectar utilizando las herramientas analíticas existentes.

Dado que se sabe que las grietas y hoyos albergan contaminación perjudicial para la resistencia al daño por láser, se realizó SEM/EDS en otro sustrato de KDP procesado por FJP hasta una profundidad de eliminación de 3,4 μm. La Tabla 3 muestra que el análisis EDS reveló la presencia de componentes de lodo residuales (C, Na, Al) dentro de uno de los pozos de fractura. En áreas “prístinas” de la superficie del sustrato, no se detectaron sodio ni aluminio, mientras que el nivel de carbono detectado disminuyó significativamente. En la Fig. 5 se muestra una imagen SEM de la fosa de fractura y las áreas utilizadas para el análisis EDS.

Imagen SEM del pozo de fractura y las ubicaciones utilizadas para realizar el análisis EDS.

Debido a que las fosas de fractura representan áreas con mayor contaminación y una intensidad de campo eléctrico potencialmente mejorada, primero se realizaron pruebas de daño con láser apuntando a los siete sitios de fractura más grandes. Las pruebas se realizaron en el protocolo R-on-1 utilizando una fluencia inicial de 3 J/cm2. No se observaron daños en ninguno de los sitios de fractura con esta fluencia. Luego se aumentó la fluencia hasta que se observó daño inducido por el láser. Las fluencias de inicio del daño en relación con el tamaño de la fosa se muestran en la Fig. 6.

La fluencia R-on-1 que inicia el daño versus el área de las fosas de fractura para las siete fosas de fractura más grandes en la muestra terminada con FJP.

El inicio más bajo del daño se produjo con una fluencia de 4,1 J/cm2, mientras que la fosa de fractura más pequeña fue capaz de soportar daños inducidos por láser hasta una fluencia de 9,1 J/cm2. Los datos parecen mostrar que por debajo de un diámetro de fosa de aproximadamente 3500 μm2, la resistencia al daño por láser es sólida. Los pozos más grandes que esta dimensión crítica demuestran una resistencia reducida al daño por láser donde el inicio del daño ocurre entre 4,1 y 6,4 J/cm2, independientemente de su tamaño específico. Esta dependencia del tamaño puede deberse a uno o ambos niveles más altos de contaminación atrapada y un mayor efecto sobre la intensidad del campo eléctrico. El daño inducido por el láser en estos sitios consistió en secciones expulsadas (fragmentos) o en un crecimiento del tamaño de la fosa de fractura.

Para investigar más a fondo el efecto del proceso FJP sobre el comportamiento del daño inducido por láser, probamos las superficies terminadas con FJP excluyendo aquellas áreas que contienen las fosas de fractura más grandes. Las pruebas se realizaron con la misma fuente láser, pero en su lugar se empleó el protocolo 1 a 1. En la Tabla 4 se muestran los LIDT 1 a 1 obtenidos para cada una de las superficies. Los valores LIDT corresponden a una probabilidad de daño de alrededor del 5% al ​​10%.

Los resultados de la Tabla 4 indican que para áreas de superficie donde no hay fosas de fractura, la resistencia al daño por láser es notablemente mejor. Este hallazgo se ejemplifica aún más al considerar que el protocolo 1 a 1 no emplea una serie de rampas de pulso de baja fluencia en el sitio de prueba. Se sabe que estas rampas de fluencia utilizadas para las pruebas R-on-1 producen efectos de acondicionamiento del láser que pueden pasivar o eliminar los precursores del daño del láser39. El efecto es particularmente pronunciado para las superficies KDP y puede mejorar su R-on-1 LIDT hasta en un 50% o más con respecto al valor 1-on-140,41. Aunque los LIDT 1 a 1 de cada superficie con acabado FJP tienen un valor estadísticamente cercano, obtenemos información importante sobre su resistencia al daño por láser al evaluar las curvas de probabilidad de daño que se muestran en la Fig. 7.

Las curvas de probabilidad de daño 1 a 1 para las cuatro superficies con acabado FJP.

Como se demuestra en la Fig. 7, la resistencia al daño por láser de la superficie de 5,13 μm muestra el mejor rendimiento. Creemos que esto se debe principalmente a la eliminación de una cantidad significativa de daños y contaminación subsuperficiales preexistentes causados ​​por los procesos de esmerilado y pulido con brea. Dado que FJP puede eliminar material principalmente en el modo dúctil, estas características de daño del subsuelo se reducirán sustancialmente a medida que aumente la profundidad de eliminación de material. Este comportamiento sugiere que el LIDT del material terminado con FJP está relacionado con las condiciones de pulido previas al FJP. Por lo tanto, postulamos que el material con un pulido inicial mejorado puede producir un umbral de daño más alto después de FJP.

Este artículo ha demostrado un método de cálculo de superficies de forma libre de FJP, adecuado para su uso con cristales ópticos KDP. El procesamiento se permitió mediante el uso de una suspensión no acuosa diseñada para ser más compatible con las propiedades físicas del material. A medida que avanza el proceso de eliminación de material, aparecen picaduras de fractura que probablemente estén asociadas con defectos de dislocación en la superficie cercana del material a granel. Estos defectos de las picaduras albergan contaminación de la lechada y representan áreas de resistencia reducida al daño por láser. Creemos que las mejoras en el método de limpieza deberían servir para eliminar la contaminación y mejorar el LIDT. Se están realizando más estudios para comprender la causa fundamental de estos pozos y limitar su formación durante FJP. Para las áreas de superficie fuera de las fosas de fractura, el comportamiento del daño láser 1 a 1 fue sólido y demostró una mejora marcada con 5,13 μm de eliminación de material. Teniendo en cuenta los resultados anteriores, encontramos que este método, incluso en su estado actual de desarrollo, cumplirá con las especificaciones LIDT para algunos sistemas láser como OMEGA-60 (LLE) para la implementación de un nuevo tipo de óptica de forma libre que admita el suavizado de polarización. .

Los datos subyacentes a los resultados presentados en este artículo no están disponibles públicamente en este momento, pero pueden obtenerse de los autores previa solicitud razonable. La correspondencia y las solicitudes de materiales deben dirigirse a NDU.

De Yoreo, JJ, Burnham, AK & Whitman, PK Desarrollo de cristales KH2PO4 y KD2PO4 para el láser más potente del mundo. En t. Madre. Rev. 47, 113-152 (2002).

Artículo de Google Scholar

Nikogosyan, DN Cristales ópticos no lineales: un estudio completo, 1.ª ed. (Springer, 2005).

Google Académico

Eimerl, D. Propiedades ópticas electroópticas, lineales y no lineales de KDP y sus isomorfos. Ferroeléctricos 72, 95-139 (1987).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Danson, CN y cols. Láseres de clase petavatios y exavatios en todo el mundo. Ciencia láser de alta potencia. Ing. 7, e54 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Rashkovich, LN KDP-Cristales individuales familiares 1ª ed. (Prensa CRC, 1991).

Google Académico

Fuchs, BA, Hed, PP y Baker, PC Torneado fino con diamante de cristales KDP. Aplica. Optar. 25, 1733-1735 (1986).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Fuchs, BA Polishing KDP y otros cristales blandos solubles en agua. Aplica. Optar. 18, 1125-1125 (1979).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Menapace, JA, Ehrmann, PR & Bickel, RC Acabado magnetorreológico (MRF) de cristales de dihidrógeno fosfato de potasio (KDP): desarrollo de fluidos no acuosos, acabado óptico y rendimiento del daño por láser a 1064 nm y 532 nm. Proc. SPIE 7504, 750414 (2009).

Artículo de Google Scholar

Jacobs, SD Manipulación de la mecánica y la química en el acabado de óptica de precisión. Ciencia. Tecnología. Adv. Madre. 8, 153-157 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, S., Li, S., Peng, X., Hu, H. y Tie, G. Investigación del proceso de pulido para controlar la contaminación por hierro en la superficie del cristal KDP con acabado magnetorreológico. Aplica. Optar. 54, 1478-1484 (2015).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Peng, X. y col. Novela figuración magnetorreológica del cristal KDP. Mentón. Optar. Letón. 9, 102201–102205 (2011).

ADS del artículo Google Scholar

Wang, X., Gao, H., Chen, Y. y Guo, D. Un método de disolución en agua para eliminar las microondulaciones causadas por el proceso SPDT en cristales de KDP. J. Adv. Fabricante. Tecnología. 85, 1347-1360 (2016).

Artículo de Google Scholar

Chen, Y., Gao, H., Wang, X., Guo, D. y Liu, Z. Daño inducido por láser del cristal óptico de dihidrógeno fosfato de potasio (KDP) mecanizado mediante un método de pulido de ultraprecisión por disolución de agua. Materiales 11, 419 (2018).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, F., Xie, X., Tie, G., Hu, H. y Zhou, L. Proceso de cálculo de cristales de dihidrógeno fosfato de potasio utilizando tecnología de cálculo de haz de iones. Aplica. Optar. 56, 7130–7137 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Xiao, Q., Shi, F., Song, J. y Li, F. Efecto del cálculo del haz de iones sobre las propiedades de daño por láser del cristal KDP. Proc. SPIE 10339, 103391Y (2017).

Artículo de Google Scholar

Namba, Y. & Katagiri, M. Molienda de ultraprecisión de cristales de dihidrógeno fosfato de potasio para obtener superficies ópticas (solo resumen). Proc. SPIE 3578 (1999).

Zhang, Y., Fan, Q., Gao, W., Wang, C. y Ji, F. Novedoso pulido por chorro sin abrasivos para KDP monocristalino a granel con una microemulsión de baja viscosidad. Ciencia. Rep. 12, 8346 (2022).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gao, W. y col. Novedoso mecanismo de pulido por chorro sin abrasivos para cristales de dihidrógenofosfato de potasio (KDP). Optar. Madre. Expreso 8, 1012–1024 (2018).

ADS del artículo Google Scholar

Fähnle, OW, van Brug, H. & Frankena, HJ Pulido por chorro de fluido de superficies ópticas. Aplica. Optar. 37, 6771–6773 (1998).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Booij, S., van Brug, H., Braat, J. y Faehnle, OW Conformación profunda nanométrica con pulido por chorro de fluido. Optar. Aterrador. 41, 1926-1931 (2002).

ADS del artículo Google Scholar

Cao, Z.-C. & Cheung, CF Modelado teórico y análisis de las características de eliminación de material en el pulido por chorro de fluido. En t. J. Mech. Ciencia. 89, 158-166 (2014).

Artículo de Google Scholar

Urban, ND, Kafka, KRP, Marshall, KL & Demos, SG Características del daño inducido por láser de superficies de sílice fundida pulidas a diferentes profundidades mediante pulido por chorro de fluido. Optar. Ing. 61, 071604 (2022).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lv, L. y col. Investigación sobre la resistencia al daño inducido por láser de ópticas de sílice fundida mediante el método de pulido por chorro de fluido. Aplica. Optar. 55, 2252–2258 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Booij, SM Pulido por chorro de fluido: pulido y limitaciones de una nueva técnica de fabricación. Tesis doctoral, Universidad Técnica de Delft (2004).

Norma ISO 21254-1:2011. Láser y equipos relacionados con láser. Métodos de prueba para el umbral de daño inducido por láser. Parte 1: Definiciones y principios generales.

Schrameyer, S., Jupé, M., Jensen, L. y Ristau, D. Algoritmo para cálculos de probabilidad de daño acumulativo en pruebas de daño con láser S-on-1. Proc. SPIE 8885, 88851J (2013).

ADS del artículo Google Scholar

Burnham, A. et al. Crecimiento a baja temperatura de DKDP para mejorar la resistencia al daño inducido por láser a 350 nm. Proc. SPIE 4347, 373–382 (2001).

ADS del artículo Google Scholar

Negres, RA, Zaitseva, NP, DeMange, P. & Demos, SG Perfilado de daño láser acelerado de KDxH2-xPO4 con respecto a los parámetros de crecimiento de cristales. Optar. Letón. 31, 3110–3112 (2006).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Fang, H., Guo, P. y Yu, J. Rugosidad de la superficie y eliminación de material en el pulido con chorro de fluido. Aplica. Optar. 45, 4012–4019 (2006).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Bifano, TG, Dow, TA y Scattergood, RO Rectificado en régimen dúctil: una nueva tecnología para mecanizar materiales frágiles. ASME J. Ing. Indiana 113, 184-189 (1991).

Artículo de Google Scholar

Fang, T. & Lambropoulos, JC Microdureza y fractura por indentación del dihidrógeno fosfato de potasio (KDP). Mermelada. Cerámica. Soc. 85, 174-178 (2002).

Artículo CAS Google Scholar

Guin, CH, Katrich, MD, Savinkov, AI y Shaskolskaya, MP Deformación plástica y estructura de dislocación de los cristales del grupo KDP. Krist. Tecnología. 15, 479–488 (1980).

Artículo CAS Google Scholar

Owczarek, I. & Sangwal, K. Grabado selectivo de caras rugosas (001) de cristales de KH2PO4. J. Mater. Ciencia. Letón. 9, 440–442 (1990).

Artículo CAS Google Scholar

Smolski, L. y col. Inclusiones líquidas orientadas en cristales de KDP. J. Crys. Crecimiento 169, 741–746 (1996).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Demos, SG, Staggs, M. y Radousky, HB Formaciones de defectos en masa en cristales de KH2PO4 investigadas mediante microscopía de fluorescencia. Física. Rev. B 67, 224102 (2003).

ADS del artículo Google Scholar

Peng, J., Zhang, LC y Lu, XC Deformación elástico-plástica de cristales de KDP bajo nanoindentación. Madre. Ciencia. Foro 773–774, 705–711 (2014).

Google Académico

Kucheyev, SO, Siekhaus, WJ, Land, TA y Demos, SG Respuesta mecánica de cristales KD 2xH 2 (1 – x) PO 4 durante la nanoindentación. Aplica. Física. Letón. 84, 2274–2276 (2004).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Borc, J., Sangwal, K., Pritula, I. y Dolzhenkova, E. Investigación de eventos pop-in y efecto del tamaño de la indentación en las caras (001) y (100) de cristales de KDP mediante deformación por nanoindentación. Madre. Ciencia. Ing. A 708, 1-10 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Bercegol, H. Qué es el acondicionamiento con láser: una revisión centrada en multicapas dieléctricas. Proc. SPIE 3578, 421–426 (1999).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Runkel, M., DeYoreo, JJ, Sell, WD y Milam, D. Estudio de acondicionamiento láser de KDP en el láser de ciencias ópticas utilizando haces de área grande. Proc. SPIE 3244, 51–63 (1998).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Negres, RA, DeMange, P. & Demos, SG Investigación de los parámetros de recocido por láser para un rendimiento óptimo del daño por láser en dihidrógenofosfato de potasio deuterado. Optar. Letón. 30, 2766–2768 (2005).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

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Este material se basa en el trabajo respaldado por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía con el número de premio DE-NA0003856, la Universidad de Rochester y la Autoridad de Investigación y Desarrollo Energético del Estado de Nueva York. Este informe fue preparado como un relato del trabajo patrocinado por una agencia del gobierno de los Estados Unidos. Ni el Gobierno de los EE. UU. ni ninguna agencia del mismo, ni ninguno de sus empleados, ofrece ninguna garantía, expresa o implícita, ni asume ninguna responsabilidad legal por la exactitud, integridad o utilidad de cualquier información, aparato, producto o proceso divulgado. o declara que su uso no infringiría derechos de propiedad privada. La referencia aquí a cualquier producto, proceso o servicio comercial específico por nombre comercial, marca registrada, fabricante o de otro modo no necesariamente constituye o implica su respaldo, recomendación o favor por parte del gobierno de los EE. UU. o cualquier agencia del mismo. Los puntos de vista y opiniones de los autores expresados ​​en este documento no necesariamente expresan ni reflejan los del gobierno de los EE. UU. o cualquier agencia del mismo.

Laboratorio de Energética Láser, Universidad de Rochester, 250 East River Road, Rochester, NY, 14623-1299, EE. UU.

Nathaniel D. Urban, Kyle RP Kafka, Ji-Mi Jang, Brittany N. Hoffman, Kenneth L. Marshall y Stavros G. Demos

LightMachinery Inc., 80 Colonnade Rd #1, Nepean, ON, K2E 7L2, Canadá

Rhys Emms y David Walker

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NDU Diseño del experimento, desarrollo de la suspensión de pulido no acuosa y redacción del texto manuscrito. KRPK Pruebas de daños por láser y análisis estadístico de las probabilidades de daños. JJ Mediciones de rugosidad superficial y microscopía de Nomarski de las fosas de fractura. Mediciones BNH SEM/EDS de las fosas de fractura y áreas de superficie adicionales de KDP. KLM Diseño experimental y asistencia con microscopía. RE Pulido por chorro de fluido y desarrollo de lodos no acuosos. DW Pulido por chorro de fluido y desarrollo de lodos no acuosos. SGD Concepción del estudio, teoría e interpretación de los mecanismos subyacentes de los resultados del daño por láser.

Correspondencia a Nathaniel D. Urban.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Urban, ND, Kafka, KRP, Jang, JM. et al. Caracterización del rendimiento de superficies acabadas de forma libre de dihidrógenofosfato de potasio mediante pulido por chorro de fluido con una suspensión no acuosa. Informe científico 13, 6524 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33695-x

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Recibido: 29 de noviembre de 2022

Aceptado: 17 de abril de 2023

Publicado: 21 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33695-x

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