一種光學(xué)元件精密拋光后的清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件精密拋光后的清洗方法，綜合浸泡和超聲清洗方法，采用有機溶劑、無機溶劑和去離子水作為媒介，特別是針對拼盤、膠合在模具上的K9玻璃和熔融石英光學(xué)元件經(jīng)過長時間精密拋光下盤后的清洗，對元件表面有機污染物和拋物粉殘留的顆粒有較高清洗效率，清洗過程不涉及酸性、堿性溶液，對元件表面不造成化學(xué)和物理損傷，提高紫外激光輻照下的損傷閾值。屬于光學(xué)冷加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光元件的損傷閾值是限制紫外激光器輸出功率的關(guān)鍵元件，也是實現(xiàn)紫外激光器長工作壽命的關(guān)鍵因素之一。影響光學(xué)元件最終損傷閾值高低的因素眾多，涉及基板的材料、加工和清洗、膜系的設(shè)計和制備以及薄膜的后處理工藝等。高精度光學(xué)元件，特別是紫外光學(xué)元件加工后的表面質(zhì)量、表面殘留的污染物直接影響著元件鍍膜后的抗激光損傷性能。
[0003]光學(xué)元件殘留的有機物、拋光粉微粒等污染物不但對元件表面產(chǎn)生腐蝕，影響薄膜的光譜特性，而且在紫外激光輻照下極易吸收熱量，引起周圍薄膜的燒蝕，從而大幅度降低薄膜對高功率激光的承受能力，成為元件損傷的誘發(fā)源和短板。因此，對精密拋光后的光學(xué)元件進行高潔凈度清洗是影響元件抗激光輻照損傷能力的關(guān)鍵因素之一。隨著紫外激光器輸出功率的提高及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，紫外元件的激光損傷問題成為影響紫外激光器穩(wěn)定性的重要抑制因素，也是限制進一步擴大紫外激光器發(fā)展的瓶頸問題。
[0004]高精度光學(xué)元件，典型的如K9玻璃和熔融石英，經(jīng)過切割、研磨和預(yù)拋光后，進入到精密拋光階段。不同于高速拋光過程中單個元件加工，高精度光學(xué)表面通常采用成盤拼裝、低速拋光的方式，通過篩選更精細的拋光粉、采用特殊的拋光元件，優(yōu)化拋光壓力、拋光速度和拋光時間的參數(shù)，研制控制材料的去除，獲得低表面粗糙度、低表面損傷、低亞表面損傷的高精度光學(xué)元件。
[0005]為了提高元件加工效率，小口徑元件往往采用拼盤加工的方式，特別是平面光學(xué)元件。其方法是利用有機粘結(jié)劑，如石蠟、火漆膠等，將圓形元件粘結(jié)在光膠板模具上，形成一個整體拼盤加工，但此種方法也導(dǎo)致在元件拋光完成下盤后，在零件上留下大量粘結(jié)劑同時，為了獲得低表面粗糙度和低亞表面損傷，拋光時間一般比較長，這就導(dǎo)致表面附著并且呈干結(jié)狀的拋光粉微粒，為元件的清洗帶來極大困難。
[0006]光學(xué)元件清洗方法有傳統(tǒng)的擦拭法、半導(dǎo)體工業(yè)的RCA清洗法、超聲波清洗法、激光清洗法、等離子體弧清洗法等。傳統(tǒng)的擦拭法能夠較有效的去除微米以上的大尺度顆粒，但是難于去除亞微米尺度的顆粒，而且由于擦拭人員的技術(shù)水平和熟練程度不一致，在擦拭大面積的光學(xué)元件或者需要大批量生產(chǎn)時候，效率很低；RCA清洗屬于化學(xué)清洗，利用不同的化學(xué)溶劑能夠降低顆粒與元件表面之間的吸附力，但是如果控制不當(dāng)化學(xué)溶液的濃度則會引起光學(xué)元件表面的嚴(yán)重腐蝕，造成表面粗糙度的增加，增加了元件的光散射引起的光損耗，以及光譜特性的改變；超聲波清洗屬于物理清洗方法，通過選擇合適的超聲波頻率可以高效去除基板表面從微米到亞微米各種尺度的顆粒，然而當(dāng)超聲頻率和功率選擇不當(dāng)或者超聲時間過長，則會造成元件表面的物理損傷。所以對于光學(xué)元件清洗工藝的選擇，不僅要關(guān)注污染物的清洗效率，還要避免清洗過程中對光學(xué)元件造成的破壞。目前，對于傳統(tǒng)光學(xué)元件加工后、鍍膜前的清洗有很多研究，但是對于拼盤、膠合在模具上加工的元件經(jīng)過長時間精密拋光，如何有效去除元件表面的粘結(jié)劑和粘附在表面并呈干結(jié)狀的拋光粉微粒，國內(nèi)外還沒有關(guān)于此方面相關(guān)清洗方法的報道。
[0007]因此，本發(fā)明提出一種K9玻璃和熔融石英光學(xué)元件在長時間精密拋光后進行高潔凈度清洗的方法，能夠有效去除光學(xué)元件在精密拋光后附著在元件上的多種有機物和拋光粉微粒，如松香、瀝青、蠟、氧化鈰、固著干燥的氧化鐵、氧化鋁、氧化鈰微粒等，獲得高潔凈度表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提出一種光學(xué)元件精密拋光后的清洗方法。綜合浸泡和超聲清洗方法，采用有機溶劑、無機溶劑和去離子水作為媒介，特別是針對膠合在模具上進行拼盤加工的K9玻璃和熔融石英光學(xué)元件，經(jīng)過長時間精密拋光下盤后的元件的清洗方法。
[0009]—種光學(xué)元件精密拋光后的清洗方法，具體步驟如下:
(1)拼盤加工的光學(xué)元件經(jīng)古典法精密拋光后，從光膠板上取下后，將光學(xué)元件浸泡在有機溶液汽油中，浸泡時間為大于30分鐘，浸泡溫度為室溫，去除粘附在光學(xué)元件表面的有機物；
(2)將步驟(1)所得光學(xué)元件置于無機溶液四氯化碳溶液中，浸泡2小時以上，浸泡溫度為室溫，利用四氯化碳溶液進一步去除附著在光學(xué)元件表面的拋光粉微粒；
(3)將步驟(2)所得光學(xué)元件在四氯化碳溶液中進行超聲波清洗，超聲清洗時間為4?10分鐘，以機械方式去除光學(xué)元件表面殘留的有機蠟，同時干涸固化的拋光粉微粒；
(4)將步驟(3)所得光學(xué)元件從四氯化碳溶液中取出，在流動去離子水下沖洗30?45秒，控制去離子水溫度為35?45°C，沖洗附著在光學(xué)元件表面的四氯化碳溶液和拋光粉微粒；
(5)將步驟(4)所得光學(xué)元件放入乙醇溶液中進行超聲清洗，乙醇純度為M0S級別，超聲清洗時間為4?10分鐘；
(6)將步驟(5)所得光學(xué)元件從乙醇溶液中取出，在流動去離子水下進行沖洗30?45秒，控制去離子水溫度為35?45°C ;
(7)將步驟(6)所得光學(xué)元件放入去離子水中進行超聲清洗，超聲清洗時間為4?10分鐘；
(8)干燥步驟(7)所獲得的光學(xué)元件；
其中:所述光學(xué)元件為K9玻璃或者熔融石英，對于微米級的拋光粉，控制超聲頻率為40kHz，對于來微米級的拋光粉，控制超聲頻率為120kHz，
本發(fā)明中，步驟(1)中所述汽油為普通汽油或航空汽油中任一種。
本發(fā)明中，步驟(1)中拋光過程使用的拋光粉微粒為氧化鈰、氧化鐵或氧化鋁中任一種。
[0010]本發(fā)明中，步驟(1)中所述光學(xué)元件表面的有機物為蠟、松香或瀝青等中一種以上。
[0011]本發(fā)明通過兩種有機溶液和無機溶液的先后浸泡，輔以去離子水沖洗，以及40kHz，120kHz的中、高頻相結(jié)合的超聲波清洗，實現(xiàn)光學(xué)元件精密拋光后的高潔凈度清洗，去除如松香、瀝青、蠟、氧化鈰、氧化鐵微粒有機、無機污染物等，獲得高潔凈度表面。在清洗過程結(jié)合去離子水沖洗和漂洗，不同于常規(guī)的清洗流程中單純使用去離子水漂洗步驟，能夠更好地去除光學(xué)元件表面吸附的有機物物理和拋光粉微粒，和避免二次污染。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是通過針對污染物的來源和種類，有機、無機溶液和去離子水為清洗媒介，“浸泡-超聲清洗-沖洗-漂洗”的步驟組合，對光學(xué)元件長時間精密拋光后的表面進行高效、高潔凈度清洗，去除表面大量殘留的有機物和拋光粉微粒，經(jīng)過清洗后的表面達到很高的清潔度，避免了薄膜元件在激光系統(tǒng)使用中因為表面顆粒而引起的燒蝕破壞，保證鍍制的薄膜具有高的損傷閾值。
【附圖說明】
[0013]圖1拼盤加工的元件圖，小口徑元件利用光膠法