去除熔石英光学元件上二氧化硅增透化学薄膜的方法与流程

本发明属于光学元件洁净清洗领域，具体涉及一种去除熔石英光学元件上二氧化硅增透化学薄膜的方法。

背景技术：

在大型高功率激光装置上，需要使用的高透射率的光学元件，通常使用的是熔石英材料(对于351nm激光或1053nm激光的透过率约93％)，在用溶胶凝胶法(sol-gel法)制备二氧化硅胶体，提拉法制备的二氧化硅增透化学薄膜(具有高激光损伤阈值(具有很高的抗激光损伤的能力))的熔石英透过率可高达99.9％(对于351nm激光或1053nm激光)。除膜原因之一：这种镀膜后的熔石英光学元件，需要进一步进行后处理，氨气氛处理提高薄膜的强度和光学元件的附着力，六甲基二硅胺烷气氛处理提高抗污染特性。处理后的光学元件除膜变得困难，很可能造成除膜不干净和除膜不均匀，造成光学元件的污染破坏，从而影响光学元件的性能和使用,导致光学元件进行返修，大幅度提高了高功率激光装置的运行成本和维护周期。除膜原因之二：高通量的激光运行，造成光学元件的损伤。到一定程度，光学元件表面有很多的灰尘需要对表面进行除膜再镀膜。对于激光损伤点进行修复前需要对光学元件进行去膜处理，去膜的好坏直接影响修复和后续的光学元件的使用。除膜原因之三：对于某一波长的光的高透过率是针对一定厚度二氧化硅增透化学薄膜，提拉的速度决定二氧化硅薄膜的厚度，熔石英元件镀膜的提拉速度需要多次实验，才能得到合适的提拉速度，这个过程也涉及到二氧化硅化学增透薄膜的去除。

目前，一种方法去除化学膜通常是用把熔石英元件浸泡在一定浓度的氢氟酸再配合适当的用水或者无水的乙醇的擦拭去除化学薄膜，但由于氢氟酸是高毒害物质，并且氢氟酸去除化学膜时，反应产物会沉积在样品的表面，对光学元件光学性能进行破坏，且会极大的降低光的传输性能和激光损伤阈值。另外一种通常用水洗的方法，对于刚镀好的化学膜可以擦拭除去，但放置一段时间后或者后处理的元件去除化学膜基本无法除去。且前二者除去方式涉及到人为的擦拭，对光学元件表面的会造成细微的划痕并且部分的化学薄膜颗粒还不能完全去除(会导致重新镀膜后的透过率下降，且膜层厚度均匀下降)。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种去除熔石英光学元件上二氧化硅增透化学薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤一、将带有二氧化硅增透化学薄膜的熔石英光学元件放入装有碱性清洗剂溶液的超声波槽体中，设置温度为50～60℃，采用依次在40～60khz、80～100khz、110～130kh、140～160khz、170～200khz、220～250khz、260～280khz的频率下处理，每个频率处理时间一致，总时间为3～21min，除去化学薄膜；

步骤二、将超声处理后的熔石英光学元件用高纯水进行喷淋，温度为40～60℃，流量为100～150l/min，时间1～5min，除去表面的碱液；

步骤三、将喷淋后的熔石英光学元件放入高纯水的超声波槽体中，温度为50～60℃，采用依次在40～60khz、80～100khz、110～130kh、140～160khz、170～200khz、220～250khz、260～280khz的频率下处理，每个频率处理时间为1～3min，除去残留的颗粒物；

步骤四、将熔石英光学元件放入高纯水的槽体中，温度为50～60℃，慢速提拉，提拉速度为0.5～1.5mm/s，除去光学元件表面多余的水。

优选的是，所述步骤一中，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的频率下处理，每个频率处理时间为3min，除去化学薄膜。

优选的是，所述步骤三中，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的频率下处理，每个频率处理时间为2min，除去残留的颗粒物。

优选的是，所述碱性清洗剂溶液的质量分数为2～5％，ph为12～13。

优选的是，所述碱性清洗剂的制备方法为：按重量份，取氢氧化钠20～30份、氢氧化钾10～20份、尿素5～10份、edta四钠2～5份、烷基糖苷1～3份加入50～80份60～70℃的水中，搅拌均匀，冷却至室温后，加入水50～80份、聚乙烯吡咯烷酮0.5～1.5份、甘氨酸1～3份、三乙醇胺0.5～1份、异丙苯磺酸钠0.1～0.5份、十二烷基二甲基苄基氯化铵0.1～0.3份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.1～0.3份搅拌均匀，得到混合溶液，即碱性清洗剂。

优选的是，所述混合溶液还包括加入高压脉冲处理室中利用高压脉冲电场进行预处理的过程。

优选的是，所述高压脉冲处理室外围设置有冷水循环系统，其中循环冷水温度为1～3℃，水循环速度为1.5～2m/s；所述高压脉冲处理室中两极板的间距为3～5cm；高压脉冲处理参数为：脉冲幅度为15～25kv，脉冲频率为1000～1200hz，脉冲宽度为10～15us。

优选的是，所述步骤一中，在超声处理过程中，向清洗液溶液中通入氨气。

优选的是，所述氨气的通气速率为50-100ml/min。

优选的是，所述步骤三中，在超声处理过程中，向高纯水中通入氩气；所述氩气的通气速率为100-150ml/min。

在本发明中，所述光学增透化学薄膜通常包括酸胶膜、碱胶膜、酸碱复合膜(按催化剂分类)，厚度通常在40nm-300nm之间。

本发明采用七频超声波清洗，频率逐步提升，在低频超声波作用下可以清洗大颗粒物质，在高频超声波作用下可以清洗小颗粒物质，实现对sio2化学薄膜的完全去除。

本发明至少包括以下有益效果：本发明利用超声和碱性清洗剂去除光学元件上的sio2化学薄膜，实现了sio2化学薄膜有效完全地去除，光学元件性能和镀膜前的光学元件基本一样，使光学元件能再利用、再循环。该方法具有高效、不伤害光学元件、操作简单、经济等优点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明去除熔石英光学元件上二氧化硅增透化学薄膜方法的过程示意图；

图2为镀膜后光学元件的光学显微镜图片；

图3为实施例1中去除薄膜后光学元件的光学显微镜图片；

图4为实施例2中去除薄膜后光学元件的光学显微镜图片；

图5为实施例3中去除薄膜后光学元件的光学显微镜图片；

图6为对比例1中去除薄膜后光学元件的光学显微镜图片；

图7为对比例1中去除薄膜后光学元件的光学显微镜图片；

图8为镀膜后光学元件的接触角测试照片；

图9为实施例1中去除薄膜后光学元件的接触角测试照片；

图10为实施例2中去除薄膜后光学元件的接触角测试照片；

图11为实施例3中去除薄膜后光学元件的接触角测试照片；

图12为对比例1中去除薄膜后光学元件的接触角测试照片；

图13为光学元件镀膜前的透过率测试曲线；

图14为光学元件去除薄膜后的透过率测试曲线。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

一种去除熔石英光学元件上二氧化硅增透化学薄膜的方法，包括以下步骤：

所述的熔石英光学元件大小为40mm×40mm×4mm，镀三倍频sio2增透薄膜，提拉速度为60mm/min，薄膜厚度70nm左右，经过氨处理1天和六甲基二硅胺烷处理1天；

步骤一、将带有二氧化硅增透化学薄膜的熔石英光学元件放入装有质量分数为3％的碱性清洗剂溶液的超声波槽体中，设置温度为50℃，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的频率下处理，每个频率处理时间一致，总时间为3min，功率为1kw，除去化学薄膜；在超声处理过程中，向清洗液溶液中通入氨气，所述氨气的通气速率为80ml/min；氨气的通入可以增强对二氧化硅增透化学薄膜的去除力度，并且产生的气泡可以带走脱落的膜层，使去除效果更佳；

步骤二、将超声处理后的熔石英光学元件用高纯水进行喷淋，温度为40～60℃，流量为100～150l/min，时间1～5min，除去表面的碱液；

步骤三、将喷淋后的熔石英光学元件放入高纯水的超声波槽体中，温度为50～60℃，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的频率下处理，每个频率处理时间为2min，除去残留的颗粒物；在超声处理过程中，向高纯水中通入氩气；所述氩气的通气速率为120ml/min；通入氩气可以通过气泡增强对残留的颗粒物的去除；

步骤四、将熔石英光学元件放入高纯水的槽体中，温度为55℃，慢速提拉，提拉速度为1mm/s，除去光学元件表面多余的水；

所述碱性清洗剂的制备方法为：按重量份，取氢氧化钠25份、氢氧化钾15份、尿素8份、edta四钠4份、烷基糖苷2份加入60份65℃的水中，搅拌均匀，冷却至室温后，加入水70份、聚乙烯吡咯烷酮1份、甘氨酸2份、三乙醇胺0.8份、异丙苯磺酸钠0.3份、十二烷基二甲基苄基氯化铵0.2份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.2份搅拌均匀，得到混合溶液，即碱性清洗剂。

通过改变七频超声的时间，得到光学元件去膜后清洗效果，如光学显微镜、接触角、透过率等。

实施例2：

所述步骤一中，每个频率处理时间一致，总时间为9min；其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。

实施例3：

所述步骤一中，每个频率处理时间一致，总时间为12min；其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。

对比例1：

所述步骤一中，每个频率处理时间一致，总时间为1.5min；其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。

图2为镀膜后光学元件的光学显微镜图片。镀膜后，如图2所示，可以看出镀膜区域和没镀膜区域的明显差别，图6～7为对比例1中经过1.5min清洗后，可以看出边缘存在一定的残留物，表明1.5min并不能完全去除化学膜，会残留颗粒物。当清洗时间的进一步提高时，实施例1中采用3min，从图3可以看出，表面区域在光学显微镜下没有可观察到残留颗粒物，进一步提高清洗的时间到9min(实施例2，图4)和12min(实施例3，图5)，表面没有出现残留的颗粒物，也没有出现清洗后缺陷和损伤，也证明了继续清洗对去膜结束后的熔石英光学元件也不会造成明显的影响。

为了检测去膜后的清洗效果，对清洗后的表面进行接触角测试。通常没有镀膜且清洗过的光学元件接触角小于10°(表面亲水性好)。图8为镀膜处理后光学元件的接触角测试照片，接触角为42°，清洗1.5min(对比例1，图12)、3min(实施例1，图9)、9min(实施例2，图10)、12min(实施例3，图11)的接触角分别为10.0°、8.5°、6.5°、5.4°。可以看出随着清洗的时间增加，清洗后表面的接触角不断的减少，说明清洗时间为1.5min时，残留的颗粒物存在会导致接触角无法进一步降低，当去除完全并对熔石英元件进一步清洗时，接触角可以最终达到5°～6°。

如图13镀膜前光学元件的透过率测试：4-1为实施例1中的光学元件未镀膜前的透过率测试曲线，3-1为对比例1中的光学元件未镀膜前的透过率测试曲线；2-2和2-1为实施例2中的光学元件未镀膜前的不同位置的透过率测试曲线；1-1和1-2为实施例3中的光学元件未镀膜前的不同位置的透过率测试曲线；图14去膜后的熔石英元件透过率测试；两者基本上无明显差别，说明这种去膜方法并不会对熔石英元件造成损害。

实施例4：

所述碱性清洗剂的制备方法为：按重量份，取氢氧化钠20份、氢氧化钾10份、尿素5份、edta四钠2份、烷基糖苷1份加入50份60℃的水中，搅拌均匀，冷却至室温后，加入水50份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、甘氨酸1份、三乙醇胺0.5份、异丙苯磺酸钠0.1份、十二烷基二甲基苄基氯化铵0.1份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.1份搅拌均匀，得到混合溶液，即碱性清洗剂。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例5：

所述碱性清洗剂的制备方法为：按重量份，取氢氧化钠30份、氢氧化钾20份、尿素10份、edta四钠5份、烷基糖苷3份加入80份70℃的水中，搅拌均匀，冷却至室温后，加入水80份、聚乙烯吡咯烷酮1.5份、甘氨酸1份、三乙醇胺1份、异丙苯磺酸钠0.5份、十二烷基二甲基苄基氯化铵0.3份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.3份搅拌均匀，得到混合溶液，即碱性清洗剂。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例6：

所述碱性溶液制备的过程中，所述混合溶液还包括加入高压脉冲处理室中利用高压脉冲电场进行预处理的过程；所述高压脉冲处理室外围设置有冷水循环系统，其中循环冷水温度为1℃，水循环速度为1.5m/s；所述高压脉冲处理室中两极板的间距为3cm；高压脉冲处理参数为：脉冲幅度为15kv，脉冲频率为1000hz，脉冲宽度为10us。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。采用高压脉冲电场对碱性清洗剂进行预处理，可以使碱性清洗剂各成分的混合更加的均匀，且可以消除制备碱性清洗剂过程中产生的泡沫，使碱性溶液对二氧化硅增透化学薄膜的处理效果更佳，并且清洗后碱性清洗剂的残留量更少。

实施例7：

所述碱性溶液制备的过程中，所述混合溶液还包括加入高压脉冲处理室中利用高压脉冲电场进行预处理的过程；所述高压脉冲处理室外围设置有冷水循环系统，其中循环冷水温度为3℃，水循环速度为2m/s；所述高压脉冲处理室中两极板的间距为5cm；高压脉冲处理参数为：脉冲幅度为25kv，脉冲频率为1200hz，脉冲宽度为15us。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例8：

所述碱性溶液制备的过程中，所述混合溶液还包括加入高压脉冲处理室中利用高压脉冲电场进行预处理的过程；所述高压脉冲处理室外围设置有冷水循环系统，其中循环冷水温度为2℃，水循环速度为1.8m/s；所述高压脉冲处理室中两极板的间距为4cm；高压脉冲处理参数为：脉冲幅度为20kv，脉冲频率为1100hz，脉冲宽度为12us。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例9：

所述步骤一中，在超声处理过程中，向清洗液溶液中通入氨气；所述氨气的通气速率为50ml/min。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例10：

所述步骤一中，在超声处理过程中，向清洗液溶液中通入氨气；所述氨气的通气速率为100ml/min。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例11：

所述步骤三中，在超声处理过程中，向高纯水中通入氩气；所述氩气的通气速率为100ml/min。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

实施例12：

所述步骤三中，在超声处理过程中，向高纯水中通入氩气；所述氩气的通气速率为150ml/min。

其余参数和工艺过程与实施例1中的完全相同。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。