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KH2PO4(简称KDP)是一种非线性光学晶体,具有良好的光学性能,在惯性约束核聚变领域具有极为重要的地位。由于KDP晶体质地软,表面易感染杂质,且杂质元素通常是微量的,常用的清洗方法清洗效果较差,操作不当易破坏表面质量。因此针对上述难题,将离子束抛光技术引入KDP晶体的清洗工艺,形成KDP晶体超精密加工的一条完整工艺链。本论文从以下几个方面展开了具体研究:(1)建立离子束加工KDP晶体的温度场模型。利用TRIM软件模拟Ar+轰击KDP晶体表面的过程,获得了工件表面能量沉积与分布,并分析了入射离子能量与入射角度对沉积能量、扰动层深度的影响规律;根据沉积能量在工件表面的分布,建立了任意角度入射下的工件表面能量功率分布模型;根据传热学理论以及功率分布模型,建立了移动高斯型面热源下的工件表面温度场模型。(2)离子束加工KDP晶体工艺参数优化设计。通过ANSYS仿真验证了理论模型的正确性;研究了移动速度对峰值温度的影响规律,进而得出了降低峰值温度的同时保证了去除效率的最优速度;通过正交实验对工艺参数进行了优化,得出各参数对峰值温度的影响规律以及对峰值温度的影响权重。(3)仿真与加工参数匹配。通过法拉第杯对不同参数下的束流参数进行采集,分析了加工参数(束电压、束电流、靶距等)对仿真参数(峰值束流密度、束流分布参数等)的影响规律。对比了匹配性较好的束电压与束电流组合下的峰值温度,优化了加工参数;利用优化后的加工参数,对离子束加工大口径KDP晶体可行性进行了验证。(4)KDP晶体离子束清洗工艺验证。对比不同清洗工艺后的KDP晶体表面微观形貌,验证了离子束加工的良好清洗效果;通过理论去除效率与实际加工去除效率对比,验证了去除函数模型的正确性;通过对比不同去除深度下的KDP晶体表面粗糙度,体现了离子束清洗不会破坏或进一步降低KDP晶体表面粗糙度;通过TOF-SIMS对不同离子束清洗工艺下的KDP晶体表面元素检测,说明了在特定工艺下,离子束清洗既可以去除已有的杂质,同时也未引入新的杂质。