光學(xué)元件鍍膜前高潔凈度清洗技術(shù)探索

　　摘要：針對光學(xué)元件鍍膜前，對元件表面清潔要求高的特點，闡述了當前主要存在的清潔技術(shù)，并重點探索了激光清潔技術(shù)的優(yōu)點和技術(shù)分類，提出激光等離子體沖擊波清洗法是當前最有效的清潔方法。
　　關(guān)鍵詞：光學(xué)元件；激光清潔技術(shù)；激光等離子體沖擊波
　　利用高通量激光裝置對光學(xué)元件鍍膜前，如果光學(xué)元件表面不清潔，即使上面留有少量污垢，這些污垢在經(jīng)過激光裝置處理后，也會發(fā)生爆炸性蒸發(fā)，導(dǎo)致鍍膜表面受到損失，降低光學(xué)元件的損傷閾值，因此光學(xué)元件在鍍膜前，光學(xué)元件表面必須高度清潔。為了保障光學(xué)元件的高清潔度，使其不受損害，一般采用激光清洗光學(xué)元件的方法。
　　一、 激光清洗光學(xué)元件的優(yōu)勢
　　在光學(xué)系統(tǒng)中，由于光學(xué)元件表面對清潔度的苛刻要求，驅(qū)使人們在光學(xué)元件清洗方面做了很多工作，目前光學(xué)元件的清洗技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了許多方法，例如溶劑浸沒清洗法、油脂蒸汽清洗法、超聲清洗法、機械擦拭清洗法、微真空清洗法、熱清洗法、電子和離子轟擊清洗法等。但目前檢驗光學(xué)表面不純物質(zhì)的極限為單分子層級的0.12%~0.01%，這對光學(xué)元件表面的清潔要求更高。而以上清洗方法通常需要冗長的程序處理，或者裝置費用很高，性價比不高。激光清潔技術(shù)的出現(xiàn)，徹底解決了光學(xué)元件清洗難得問題。其中激光清洗技術(shù)相對其他技術(shù)有以下幾方面的優(yōu)勢：
　　（l）激光清洗技術(shù)可以在不損傷光學(xué)元件基底的情況下，光學(xué)元件表面微米和亞微米尺度的顆粒可以被徹底清除；（2） 由于激光波長、脈寬、光斑大小、作用時間和作用方式的靈活可調(diào)性，可適用于各種尺度的清洗對象，并可實現(xiàn)精確定位清洗;（3）利用激光清洗技術(shù)，不使用任何有毒有害試劑，對環(huán)境友善，沒有污染，并且不會危害工作人員的身體健康，是一種“綠色”無污染的清洗方式;（4）激光技術(shù)是一種非接觸式的清洗方式，由于不接觸光學(xué)元件，不會給光學(xué)元件基底帶來附加污染和損傷;（5）激光清潔技術(shù)可采用大光斑、掃描方式清洗，清洗效率較高;（6）激光清洗技術(shù)的出現(xiàn)，也為在線清洗提供了一種可能性;（7）激光清洗可利用光纖傳輸，使偏遠距離清洗成為一種可能，可以清洗傳統(tǒng)方式一般不能到達的地方;（8）激光清洗裝置成本低，性價比高；
　　二、激光清洗技術(shù)及其分類
　　激光清洗技術(shù)經(jīng)過近些年的快速發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。根據(jù)光學(xué)元件和污染物的不同，產(chǎn)生了不同的激光清洗方法，主要有干式激光清洗法、濕式激光清洗法和激光等離子體沖擊波清洗法。盡管根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，采用的清洗方法也不盡相同，但是這些清洗方法都是以激光清洗技術(shù)為基礎(chǔ)。
　　由受激發(fā)射的光放大產(chǎn)生的輻射就稱為激光，它被稱為“最快的刀”、“最準的尺”。激光具有強度高、能量密度大、聚焦性強、方向性好的特點，激光清潔技術(shù)可以將激光光束集中在光學(xué)元件的一個很小的區(qū)域，并且可以對光學(xué)元件上的污染物產(chǎn)生三方面的作用：
　　1.激光清洗設(shè)備可以利用高頻率的脈沖激光沖擊光學(xué)元件的基底，其光束可轉(zhuǎn)化為聲波并從光學(xué)元件的下表面返回，與入射波產(chǎn)生光學(xué)干涉效應(yīng)，光學(xué)元件基底的污垢層或者凝聚物將被干涉效應(yīng)產(chǎn)生的共振振動碎裂。
　　2.激光清潔技術(shù)利用光學(xué)元件基底與元件表面污染物對同一波長激光能量吸收系數(shù)的不同，使光學(xué)元件表面污染物吸收能量而熱膨脹，污染物克服元件基底的吸附力而脫落。
　　3.利用分子的光分解或相變，在瞬間使光學(xué)元件表面污染物分子或使人為涂上的輔助液膜汽化或爆沸，使表面污染物松散并脫離光學(xué)元件的基底表面。
　　（一）干濕激光清洗
　　干濕激光清洗技術(shù)是利用短脈沖激光直接照射光學(xué)元件基底，基底表面污染物與基底本身同時吸收激光，使它們的溫度升高并產(chǎn)生熱膨脹，利用基底表面污染物和基底本身吸收激光能量的不同，熱膨脹可以使基底表面污染物顆粒振動，從而使其脫離基底表面。
　　（二）濕式激光清洗
　　濕式激光清洗法在脈沖激光作用之前，需要先人為地在待清洗物體表面涂覆一層液膜，在脈沖激光照射下，液膜急劇受熱并產(chǎn)生爆炸性氣化，爆炸性沖擊波使基底表面的污染物松散，并脫離物體表面。
　　（三）激光等離子體沖擊波清洗
　　激光等離子體沖擊波清洗法是利用激光誘導(dǎo)基底上方的介質(zhì)氣體產(chǎn)生等離子體沖擊波清除顆粒污染物，對波長沒有選擇性，且由于激光不是直射基底表面，所以不會損傷基底，利用激光等離子體沖擊波清洗技術(shù)己經(jīng)實現(xiàn)了納米級顆粒污染物的移除。
　　三、結(jié)論
　　綜上所述，激光清洗技術(shù)已是光學(xué)元件清洗領(lǐng)域的主流技術(shù)，根據(jù)其作用機制的不同，激光清洗技術(shù)產(chǎn)生了干濕激光清洗法、濕式激光清洗法以及激光等離子體沖擊波清洗法。其中激光等離子體沖擊波清洗法是利用沖擊波的動能清除顆粒，對波長沒有選擇性且激光與基片不是直接作用，不容易損傷基底，是當前光學(xué)元件最可信賴的清洗方法。
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　　（作者單位：中國空空導(dǎo)彈研究