一种光学元件精密抛光后的清洗方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学元件精密抛光后的清洗方法，综合浸泡和超声清洗方法，采用有机溶剂、无机溶剂和去离子水作为媒介，特别是针对拼盘、胶合在模具上的K9玻璃和熔融石英光学元件经过长时间精密抛光下盘后的清洗，对元件表面有机污染物和抛物粉残留的颗粒有较高清洗效率，清洗过程不涉及酸性、碱性溶液，对元件表面不造成化学和物理损伤，提高紫外激光辐照下的损伤阈值。属于光学冷加工领域。
【背景技术】
[0002]激光元件的损伤阈值是限制紫外激光器输出功率的关键元件，也是实现紫外激光器长工作寿命的关键因素之一。影响光学元件最终损伤阈值高低的因素众多，涉及基板的材料、加工和清洗、膜系的设计和制备以及薄膜的后处理工艺等。高精度光学元件，特别是紫外光学元件加工后的表面质量、表面残留的污染物直接影响着元件镀膜后的抗激光损伤性能。
[0003]光学元件残留的有机物、抛光粉微粒等污染物不但对元件表面产生腐蚀，影响薄膜的光谱特性，而且在紫外激光辐照下极易吸收热量，引起周围薄膜的烧蚀，从而大幅度降低薄膜对高功率激光的承受能力，成为元件损伤的诱发源和短板。因此，对精密抛光后的光学元件进行高洁净度清洗是影响元件抗激光辐照损伤能力的关键因素之一。随着紫外激光器输出功率的提高及应用领域不断扩大，紫外元件的激光损伤问题成为影响紫外激光器稳定性的重要抑制因素，也是限制进一步扩大紫外激光器发展的瓶颈问题。
[0004]高精度光学元件，典型的如K9玻璃和熔融石英，经过切割、研磨和预抛光后，进入到精密抛光阶段。不同于高速抛光过程中单个元件加工，高精度光学表面通常采用成盘拼装、低速抛光的方式，通过筛选更精细的抛光粉、采用特殊的抛光元件，优化抛光压力、抛光速度和抛光时间的参数，研制控制材料的去除，获得低表面粗糙度、低表面损伤、低亚表面损伤的高精度光学元件。
[0005]为了提高元件加工效率，小口径元件往往采用拼盘加工的方式，特别是平面光学元件。其方法是利用有机粘结剂，如石蜡、火漆胶等，将圆形元件粘结在光胶板模具上，形成一个整体拼盘加工，但此种方法也导致在元件抛光完成下盘后，在零件上留下大量粘结剂同时，为了获得低表面粗糙度和低亚表面损伤，抛光时间一般比较长，这就导致表面附着并且呈干结状的抛光粉微粒，为元件的清洗带来极大困难。
[0006]光学元件清洗方法有传统的擦拭法、半导体工业的RCA清洗法、超声波清洗法、激光清洗法、等离子体弧清洗法等。传统的擦拭法能够较有效的去除微米以上的大尺度颗粒，但是难于去除亚微米尺度的颗粒，而且由于擦拭人员的技术水平和熟练程度不一致，在擦拭大面积的光学元件或者需要大批量生产时候，效率很低；RCA清洗属于化学清洗，利用不同的化学溶剂能够降低颗粒与元件表面之间的吸附力，但是如果控制不当化学溶液的浓度则会引起光学元件表面的严重腐蚀，造成表面粗糙度的增加，增加了元件的光散射引起的光损耗，以及光谱特性的改变；超声波清洗属于物理清洗方法，通过选择合适的超声波频率可以高效去除基板表面从微米到亚微米各种尺度的颗粒，然而当超声频率和功率选择不当或者超声时间过长，则会造成元件表面的物理损伤。所以对于光学元件清洗工艺的选择，不仅要关注污染物的清洗效率，还要避免清洗过程中对光学元件造成的破坏。目前，对于传统光学元件加工后、镀膜前的清洗有很多研究，但是对于拼盘、胶合在模具上加工的元件经过长时间精密抛光，如何有效去除元件表面的粘结剂和粘附在表面并呈干结状的抛光粉微粒，国内外还没有关于此方面相关清洗方法的报道。
[0007]因此，本发明提出一种K9玻璃和熔融石英光学元件在长时间精密抛光后进行高洁净度清洗的方法，能够有效去除光学元件在精密抛光后附着在元件上的多种有机物和抛光粉微粒，如松香、沥青、蜡、氧化铈、固着干燥的氧化铁、氧化铝、氧化铈微粒等，获得高洁净度表面。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提出一种光学元件精密抛光后的清洗方法。综合浸泡和超声清洗方法，采用有机溶剂、无机溶剂和去离子水作为媒介，特别是针对胶合在模具上进行拼盘加工的K9玻璃和熔融石英光学元件，经过长时间精密抛光下盘后的元件的清洗方法。
[0009]—种光学元件精密抛光后的清洗方法，具体步骤如下:
(1)拼盘加工的光学元件经古典法精密抛光后，从光胶板上取下后，将光学元件浸泡在有机溶液汽油中，浸泡时间为大于30分钟，浸泡温度为室温，去除粘附在光学元件表面的有机物；
(2)将步骤(1)所得光学元件置于无机溶液四氯化碳溶液中，浸泡2小时以上，浸泡温度为室温，利用四氯化碳溶液进一步去除附着在光学元件表面的抛光粉微粒；
(3)将步骤(2)所得光学元件在四氯化碳溶液中进行超声波清洗，超声清洗时间为4?10分钟，以机械方式去除光学元件表面残留的有机蜡，同时干涸固化的抛光粉微粒；
(4)将步骤(3)所得光学元件从四氯化碳溶液中取出，在流动去离子水下冲洗30?45秒，控制去离子水温度为35?45°C，冲洗附着在光学元件表面的四氯化碳溶液和抛光粉微粒；
(5)将步骤(4)所得光学元件放入乙醇溶液中进行超声清洗，乙醇纯度为M0S级别，超声清洗时间为4?10分钟；
(6)将步骤(5)所得光学元件从乙醇溶液中取出，在流动去离子水下进行冲洗30?45秒，控制去离子水温度为35?45°C ;
(7)将步骤(6)所得光学元件放入去离子水中进行超声清洗，超声清洗时间为4?10分钟；
(8)干燥步骤(7)所获得的光学元件；
其中:所述光学元件为K9玻璃或者熔融石英，对于微米级的抛光粉，控制超声频率为40kHz，对于来微米级的抛光粉，控制超声频率为120kHz，
本发明中，步骤(1)中所述汽油为普通汽油或航空汽油中任一种。
本发明中，步骤(1)中抛光过程使用的抛光粉微粒为氧化铈、氧化铁或氧化铝中任一种。
[0010]本发明中，步骤(1)中所述光学元件表面的有机物为蜡、松香或沥青等中一种以上。
[0011]本发明通过两种有机溶液和无机溶液的先后浸泡，辅以去离子水冲洗，以及40kHz，120kHz的中、高频相结合的超声波清洗，实现光学元件精密抛光后的高洁净度清洗，去除如松香、沥青、蜡、氧化铈、氧化铁微粒有机、无机污染物等，获得高洁净度表面。在清洗过程结合去离子水冲洗和漂洗，不同于常规的清洗流程中单纯使用去离子水漂洗步骤，能够更好地去除光学元件表面吸附的有机物物理和抛光粉微粒，和避免二次污染。
[0012]本发明的优点是通过针对污染物的来源和种类，有机、无机溶液和去离子水为清洗媒介，“浸泡-超声清洗-冲洗-漂洗”的步骤组合，对光学元件长时间精密抛光后的表面进行高效、高洁净度清洗，去除表面大量残留的有机物和抛光粉微粒，经过清洗后的表面达到很高的清洁度，避免了薄膜元件在激光系统使用中因为表面颗粒而引起的烧蚀破坏，保证镀制的薄膜具有高的损伤阈值。
【附图说明】
[0013]图1拼盘加工的元件图，小口径元件利用光胶法