一种LBO晶体表面镀膜前的清洗方法与流程

本发明涉及一种激光晶体超声波清洗方法，尤其是涉及一种LBO晶体表面镀膜前的清洗方法。

背景技术：

三硼酸锂晶体(LBO晶体)是斜方晶系，具有极高的损伤阈值和紫外透过能力，也具有良好的倍频效应。因此，在高功率激光的倍频、参量振荡器件研制中有广阔的应用前景，是目前高功率激光器中常用的非线性光学晶体。为了减少由于界面菲涅尔反射引起的能量损耗，提高系统的运行效率，LBO晶体使用时必须在其表面镀制高性能激光增透薄膜，但由于LBO晶体有弱的潮解特性及其热膨胀系数存在明显的各向异性(α_x＝10.8×10^-5/K，α_y＝-8.8×10^-5/K，α_z＝3.4×10^-5/K)，这给晶体的加工、保存、清洗及后期的镀膜都带来了困难。

从基板的加工、清洗到膜系的设计和制备以及后续的激光预处理等过程，都能够影响增透薄膜的激光损伤阈值，而基板清洗作为连接加工和镀膜之间的关键环节，对最终薄膜的激光损伤特性起到决定性作用。对于透射式激光元件，引起其激光损伤的主要因素是基板亚表面处的纳米吸收中心，它主要是由基板在抛光过程中残留在亚表面处的抛光粉末等吸收性物质导致的。同时，LBO晶体热膨胀吸收的各项异性，增加了在后续镀膜过程中薄膜由于应力不匹配产生的膜裂和薄膜脱落等问题的可能性。而一般抛光后的基板表面如果清洗不当，会产生有机污染(蜡、树脂、油等加工中使用的化学物品)、固体颗粒污染(灰尘、研磨、抛光粉)、可溶性污染(指印、水印)等，这些残留物也会恶化晶体镀膜后的激光损伤使其薄膜产生裂纹和脱落等。因此LBO晶体在镀膜前的有效清洗是决定其使用性能和寿命的重要因素。

目前光学基板常用的清洗方法有擦拭法、RCA清洗法、超声波清洗法等。其中擦拭法对微米以上的大尺度颗粒比较有效，而难以去除亚微米尺度的颗粒；RCA清洗属于化学清洗，能够降低颗粒与基板之间的吸附力，但是如果控制不当化学溶液的溶度则会引起基板的严重腐蚀，造成表面粗糙度的增加；超声波清洗通过频率的选择可以高效去除基板表面从微米到亚微米各种尺度的颗粒，然而当超声用溶液不当或超声波频率不当或者超声时间过长，则会造成基板表面的物理损伤，这些缺陷不但会严重影响基板的光学特性还有可能导致灾难性激光损伤发生。所以对于微潮解的LBO晶体清洗工艺的选择，不仅要关注其表面污染物的清洗效率，还要充分利用其易潮解、热膨胀系数各项异性的特征，有效改善其亚表面中的纳米吸收中心和基板中的应力不匹配现象。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种LBO晶体表面镀膜前的清洗方法，结合LBO晶体微潮解、热膨胀系数各向异性特性，既可以兼顾清洗效率，又可以提升LBO晶体镀膜后激光损伤特性和物理特性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种LBO晶体表面镀膜前的清洗方法，将LBO晶体依次执行下述步骤：

1)采用无水乙醇和乙醚混合液擦拭LBO晶体表面；

2)采用弱碱性溶液对LBO晶体进行超声波清洗，所述弱碱性溶液包括NH₄OH和H₂O₂，体积比为NH₄OH：H₂O₂：H₂O＝1:8:50；

3)采用无水乙醇对LBO晶体进行漂洗；

4)将LBO晶体放置于装有无水乙醇的密闭容器内，对LBO晶体进行超声加热清洗；

5)取出LBO晶体，重复步骤3)；

6)在正压容器环境中干燥氮气风刀对LBO晶体进行干燥。

进一步地，所述弱碱性溶液由去离子水、双氧水和氨水配制而成，配制的先后顺序为：去离子水、双氧水和氨水。

进一步地，所述步骤2)中，进行超声波清洗时，弱碱性溶液的温度为25摄氏度，分别在20KHz～60KHz、80KHz～160KHz频率下先后超声2～4分钟。

进一步地，所述步骤3)中，进行漂洗时，无水乙醇的温度为25摄氏度。

进一步地，所述步骤4)中，超声加热清洗具体为：

对所述密闭容器进行水浴加热，加热温度为60摄氏度，分别在20KHz～60KHz、80KHz～160KHz频率下先后超声3～6分钟。

进一步地，所述步骤5)中，正压容器环境为具有正压的氮气密闭容器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明利用含有NH₄OH和H₂O₂的弱碱溶液去除LBO晶体表面的水解层和再沉积层，既可以减少引起透射元件激光损伤的纳米吸收中心，提高LBO晶体镀膜后的抗激光损伤特性，亦可以提升其镀膜后的薄膜附着力及抗裂纹特性。

2、本发明通过碱性溶液以及20KHz～60KHz、80KHz～160KHz的低、中频相结合的超声波清洗，实现对LBO晶体表面水解层及再沉积层的轻微刻蚀，有效去除亚表面中的纳米吸收中心，同时去除表面污染颗粒。

3、本发明利用一定温度的无水乙醇对其进行清洗，一方面避免晶体被潮解，一方面可以提前平衡释放LBO晶体由于热膨胀系数的各项异性引起的应力不匹配，降低后续镀膜引起的膜裂风险，也可增加清洗的效率。

4、本发明基于常规的清洗设备，具有较高的可制备性，便于推广，为LBO晶体镀制高损伤阈值激光薄膜提供了高效的清洗解决方案。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为未清洗LBO晶体表面Nomarski显微镜照片；

图3为利用本发明的清洗方法清洗后LBO晶体表面Nomarski显微镜照片；

图4为利用本发明的清洗方法清洗LBO晶体后镀膜的显微镜照片；

图5为LBO晶体清洗方法不当镀膜后薄膜产生裂纹的照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

1、清洗步骤

如图1所示，本实施例提供的LBO晶体表面镀膜前的清洗方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采用无水乙醇和乙醚混合液擦拭LBO晶体表面，可通过蘸有无水乙醇和乙醚混合液的棉签轻拭实现。

在步骤S102中，将擦拭后的LBO晶体置于第一清洗槽中，加入弱碱性溶液，对LBO晶体进行超声波清洗。所述弱碱性溶液包括NH₄OH和H₂O₂，体积比为NH₄OH：H₂O₂：H₂O＝1:8:50。该弱碱性溶液由去离子水、双氧水和氨水配制而成，配制的先后顺序为：去离子水、双氧水和氨水。进行超声波清洗时，弱碱性溶液的温度为25摄氏度，分别在20KHz～60KHz、80KHz～160KHz频率下先后超声2～4分钟。本实施例中，弱碱性溶液在40KHz、120KHz频率下先后超声2分钟。

在步骤S103中，将LBO晶体置于第二清洗槽中，采用无水乙醇对LBO晶体进行漂洗，漂洗3遍，温度为25摄氏度。

在步骤S104中，将LBO晶体放置于装有无水乙醇的密闭容器内，将所述密闭容器置于第三清洗槽中，对LBO晶体进行超声加热清洗。

超声加热清洗具体为：对所述密闭容器进行水浴加热，加热温度为60摄氏度，分别在20KHz～60KHz、80KHz～160KHz频率下先后超声3～6分钟。本实施例中，密闭容器在40KHz、120KHz频率下先后超声3分钟。

在步骤S105中，取出LBO晶体，重复步骤S103。

在步骤S106中，在正压容器环境中干燥氮气风刀对LBO晶体进行干燥，其中正压容器环境为具有正压的氮气密闭容器。

2、清洗效果

如图2、图3所示，用Nomarski显微镜观察清洗前后LBO晶体表面形貌。经试验，本发明清洗方法对LBO晶体表面污染物有很高的清洗效率，同时也不会对晶体表面造成损伤。

如图4、图5所示，图4是采用本发明清洗方法对LBO晶体清洗之后镀制薄膜的显微照片，可以看出镀膜后表面质量良好，附着力良好，且薄膜没有裂纹产生。图5给出的是采用不恰当的清洗方式之后采用和图3中相同的镀膜工艺制备出薄膜的显微镜照片，从图中可以明显的看出薄膜出现了裂纹。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。