次表面損傷

每種光學元件在製造時不論多細心，都會在光學元件頂層表面下方出現某種程度的次表面損傷，例如裂縫、殘餘應力、污染及空隙¹。前述瑕疵可能是在製程期間造成，或因為使用材料的類型或品質造成。以雷射照明時，次表面損傷可能增加吸收及散射，產生熱能進而降低光通量。使用高功率雷射時，或是系統承受大量機械應力時，以上效能不規則度可能造成系統失效。

研磨及拋光製程會在拋光再沈積層或比耳拜 (Beilby) 層下方，留下約0.1μm 至數十微米的次表面損傷。再沈積層是光學元件頂層，在拋光期間因為化學反應重新流過精細表面刮痕²。每個研磨及拋光步驟都會尋求移除足夠材料，達到先前步驟最深處的次表面損傷，以減少當前步驟預期造成的損傷深度，讓每個後續步驟移除的材料越來越少 (圖 1)。

圖 1:製程留下的次表面損傷量，在每個研磨及拋光步驟之後減少³

除非採用特殊的雷射級拋光及清潔製程，否則拋光期間可能有雜質進入再沈積層。以更細的顆粒拋光，可進一步減少次表面損傷，但無法將其完全移除。以更細的顆粒拋光可提升光學元件品質，但是會增加拋光所需時間，進而增加成本。有效的雷射光學元件拋光製程，可確保移除深度次表面損傷，而效果不彰的製程只能將損傷隱藏在比耳拜層下方。

參考資料

1. Fine, Kevin R, et al. “OPTICS FABRICATION: Subsurface Damage Is Measured Nondestructively.” Laser Focus World, June 2006.
2. Finch, G. Ingle. “The Beilby Layer on Non-Metals.” Nature, vol. 138, no. 3502, 1936, pp. 1010–1010., doi:10.1038/1381010a0.
3. Suratwala, Tayyab. “Glass Finishing (Grinding and Polishing).” Lehigh University Glass Processing Course, March 2015.