光學元件鍍膜前高潔凈度清洗技術探索

　　摘要：針對光學元件鍍膜前，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，并重點探索了激光清潔技術的優點和技術分類，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。
　　關鍵詞：光學元件；激光清潔技術；激光等離子體沖擊波
　　利用高通量激光裝置對光學元件鍍膜前，如果光學元件表面不清潔，即使上面留有少量污垢，這些污垢在經過激光裝置處理后，也會發生爆炸性蒸發，導致鍍膜表面受到損失，降低光學元件的損傷閾值，因此光學元件在鍍膜前，光學元件表面必須高度清潔。為了保障光學元件的高清潔度，使其不受損害，一般采用激光清洗光學元件的方法。
　　一、 激光清洗光學元件的優勢
　　在光學系統中，由于光學元件表面對清潔度的苛刻要求，驅使人們在光學元件清洗方面做了很多工作，目前光學元件的清洗技術已經產生了許多方法，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。但目前檢驗光學表面不純物質的極限為單分子層級的0.12%~0.01%，這對光學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。激光清潔技術的出現，徹底解決了光學元件清洗難得問題。其中激光清洗技術相對其他技術有以下幾方面的優勢：
　　（l）激光清洗技術可以在不損傷光學元件基底的情況下，光學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性，可適用于各種尺度的清洗對象，并可實現精確定位清洗;（3）利用激光清洗技術，不使用任何有毒有害試劑，對環境友善，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）激光技術是一種非接觸式的清洗方式，由于不接觸光學元件，不會給光學元件基底帶來附加污染和損傷;（5）激光清潔技術可采用大光斑、掃描方式清洗，清洗效率較高;（6）激光清洗技術的出現，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、激光清洗技術及其分類
　　激光清洗技術經過近些年的快速發展，其應用已經非常廣泛。根據光學元件和污染物的不同，產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。盡管根據不同的應用環境，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為基礎。
　　由受激發射的光放大產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，激光清潔技術可以將激光光束集中在光學元件的一個很小的區域，并且可以對光學元件上的污染物產生三方面的作用：
　　1.激光清洗設備可以利用高頻率的脈沖激光沖擊光學元件的基底，其光束可轉化為聲波并從光學元件的下表面返回，與入射波產生光學干涉效應，光學元件基底的污垢層或者凝聚物將被干涉效應產生的共振振動碎裂。
　　2.激光清潔技術利用光學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的不同，使光學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元件的基底表面。
　　（一）干濕激光清洗
　　干濕激光清洗技術是利用短脈沖激光直接照射光學元件基底，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基底上方的介質氣體產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己經實現了納米級顆粒污染物的移除。
　　三、結論
　　綜上所述，激光清洗技術已是光學元件清洗領域的主流技術，根據其作用機制的不同，激光清洗技術產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，是當前光學元件最可信賴的清洗方法。
　　參考文獻：
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　　（作者單位：中國空空導彈研究