一种检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法与流程

本发明属于光学元件表面污染物激光清洗，具体涉及到一种检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法。

背景技术：

1、在激光清洗的过程中，清洗质量以及损伤的检测是至关重要的。随着高功率激光装置的快速发展，对装置的高效性和负载能力提出了更加严苛的需求。常规光学器件多采用透明光学元件，属于脆性材料，主要用于对激光光束的反射、透射或聚焦等，实现对光路的调整，研究光学元件损伤规律对提高光学系统的负载能力极为重要。在光学器件加工的过程中，难免会在元件表面引入污染物等杂质，会降低元件的负载能力。对污染物的清洗可以采用激光，但是激光清洗质量检测非常重要，对该问题的主要研究方式主要有微观形貌观测、热力动态过程监测与分析以及建立各种损伤模型等。

2、已有研究成果和方法对激光诱导损伤的检测和原理分析提供了很有价值的参考，但实际上在激光清洗过程中，激光烧蚀产生损伤的过程中伴随着电离热烧蚀等过程，会产生等离子体辐射，并引起元件材料元素含量变化，因此进行对应的光谱探测和分析对研究激光烧蚀机理和过程非常重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，采用光谱探测法辅助分析激光清洗微纳颗粒时，杂质颗粒的清洗情况以及激光诱导损伤情况，可以为提高光学元件的抗损伤能力和维护高能激光系统的安全性提供参考。

2、为达上述目的，本发明提供了一种检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，包括以下步骤：

3、(1)激光辐照前后基材的元素变化分析

4、(1.1)准备洁净的基底，使用光学显微镜观察基底，再使用eds能谱分析基底的初始元素含量；

5、(1.2)对所述基底进行微纳颗粒粘附处理后，得到具有颗粒污染物的基底，对具有颗粒污染物的基底进行激光清洗，通过eds能谱分析基底元素含量变化；

6、(1.3)分析初始元素含量与元素含量变化，得到激光清洗前后的元素变化对比图，推断出损伤机制，并对激光清洗的结果进行判定；

7、(2)激光辐照前后颗粒污染物的元素变化分析

8、收集激光过程中等离子体光谱，分析物质电离击穿过程，并采用扫描电镜对激光作用前后的颗粒污染物与基底进行形态分析和eds能谱分析，反映颗粒污染物的相变情况；

9、(3)根据基底的变化情况和颗粒污染物的变化情况分析清洗效果。

10、采用上述技术方案的有益效果是：本发明通过研究洁净基底、具有清洗效果的基底、存在损伤基底以及原始微粒和清洗后残余颗粒的元素含量变化，发现不同的效果具有不同元素变化规律，验证了本发明提供的检测方法可以实现对激光的清洗效果以及损伤的检测，同时借助等离子体击穿光谱的辅助分析，可以对光学元件损伤机制进行表征。

11、进一步地，激光辐照使用的仪器为激光器，所述激光器的激光能量为350-360mj，脉冲次数为1。

12、进一步地，基底为50mm×25mm×1mm的透明光学玻璃。

13、进一步地，微纳颗粒粘附处理过程包括以下步骤：

14、将颗粒污染物分散于乙醇溶液中，搅拌均匀后得到混合溶液，将所述混合溶液滴加覆盖于基底表面，干燥后制得具有颗粒污染物的基底。

15、进一步地，颗粒污染物为三氧化二铝纳米颗粒，所述颗粒污染物的粒径为1-3μm。

16、进一步地，混合溶液的浓度为0.35*10-3～0.4*10-3g/ml。

17、进一步地，步骤(2)中收集等离子光谱的过程包括：通过激光器发射激光，打到透射光与反射光能量比为8:2的分光镜上，其中反射光入射到光功率计上测功率大小，透射光经过焦距为200mm的透镜后辐照在具有颗粒污染物的基底上，使用光谱仪对等离子体光谱进行探测。

18、进一步地，步骤(2)中形态分析和eds能谱分析具体包括：通过形貌判断是否损伤和熔化，通过元素含量比变化判断是否发生熔化或电离过程。

19、进一步地，步骤(2)中分析物质电离击穿过程具体包括：

20、采用光谱仪探测是否发生击穿，并通过特性光谱反向推断是颗粒发生击穿电离或是基底发生击穿电离。

21、进一步地，清洗效果包括是颗粒污染物的去除情况、烧蚀情况以及基底损伤情况。

22、综上所述，本发明具有以下优点：

23、1、本发明提出的检测方法通过光谱探测法分析损伤机理和规律，并基于多物理场耦合有限元法对激光烧蚀的热力学过程研究，验证了该方法的可行性和准确性，说明本发明提出的方法可以用于激光清洗机理的分析，可以用于激光清洗质量的监控。

24、2、本发明将探测手段进行复合化，分别采用形貌观察、元素成份探测、等离子光谱探测和表征等方式，分别对激光清洗微纳颗粒前后的形貌差异、元素含量变化、清洗过程中的发光特性等进行分析，这样可以保证对清洗效果表征的全面性。

25、3、本发明的表征能力具有多样性，可以对激光清洗颗粒的效果和质量进行标识，可以对激光清理过程中的物理化学过程进行分析，可以对热力学过程及电离过程进行反演。

26、4、本发明还具有对清洗结果和过程的准确性，分析既有对激光作用前后的效果的对比分析，也有对激光清洗中的光谱探测分析用于表述清洗过程，这样结果和过程两者的结合，相互对比，可以使得对激光清洗过程的表述和分析更加准确。

27、5、本发明还有分析探测手段的实时性，其一、根据发光光谱的特征分析，可以对激光清洗过程物理化学过程进行实时分析；其二，可以对样品的微纳颗粒形貌进行放大，这样可以直接观测清洗效果。

技术特征：

1.一种检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，激光辐照使用的仪器为激光器，所述激光器的激光能量为350-360mj，脉冲次数为1。

3.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述基底为50mm×25mm×1mm的透明光学玻璃。

4.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述微纳颗粒粘附处理过程包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述颗粒污染物为三氧化二铝纳米颗粒，所述颗粒污染物的粒径为1-3μm。

6.如权利要求4所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述混合溶液的浓度为0.35*10-3～0.4*10-3g/ml。

7.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述步骤(2)中收集等离子光谱的过程包括：通过激光器发射激光，打到透射光与反射光能量比为8:2的分光镜上，其中反射光入射到光功率计上测功率大小，透射光经过焦距为200mm的透镜后辐照在具有颗粒污染物的基底上，使用光谱仪对等离子体光谱进行探测。

8.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述步骤(2)中形态分析和eds能谱分析具体包括：通过形貌判断是否损伤和熔化，通过元素含量比变化判断是否发生熔化或电离过程。

9.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述步骤(2)中分析物质电离击穿过程具体包括：

10.如权利要求1所述的检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，其特征在于，所述清洗效果包括是颗粒污染物的去除情况、烧蚀情况以及基底损伤情况。

技术总结
本发明公开了一种检测激光清洗光学元件表面杂质效果的方法，包括以下步骤：(1)激光辐照前后基材的元素变化分析；(2)激光辐照前后颗粒污染物的元素变化分析；(3)根据基底的变化情况和颗粒污染物的变化情况分析清洗效果。本发明主要用于激光清洗过程中，对杂质颗粒的清洗情况进行检测分析，首先通过激光辐照具有颗粒污染物的样品，得到损伤特性，分析其损伤形貌成因。同时对烧蚀过程中的等离子体光谱进行收集，以分析物质电离击穿过程。再采用扫描电镜对激光作用前后的颗粒污染物与基底形态进行观测，对元素种类和含量进行探测，用于物态变化分析。本发明提供的检测方法既可以用于激光清洗机理的分析，还可以用于激光清洗质量的监控。

技术研发人员：杨国富,何旭东,何佳,姜菊,刘爱华,韩敬华,丁坤艳
受保护的技术使用者：东莞飞创激光智能装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13