去除熔石英光學(xué)元件上二氧化硅增透化學(xué)薄膜的方法與流程

本發(fā)明屬于光學(xué)元件潔凈清洗領(lǐng)域，具體涉及一種去除熔石英光學(xué)元件上二氧化硅增透化學(xué)薄膜的方法。

背景技術(shù)：

在大型高功率激光裝置上，需要使用的高透射率的光學(xué)元件，通常使用的是熔石英材料(對(duì)于351nm激光或1053nm激光的透過率約93％)，在用溶膠凝膠法(sol-gel法)制備二氧化硅膠體，提拉法制備的二氧化硅增透化學(xué)薄膜(具有高激光損傷閾值(具有很高的抗激光損傷的能力))的熔石英透過率可高達(dá)99.9％(對(duì)于351nm激光或1053nm激光)。除膜原因之一：這種鍍膜后的熔石英光學(xué)元件，需要進(jìn)一步進(jìn)行后處理，氨氣氛處理提高薄膜的強(qiáng)度和光學(xué)元件的附著力，六甲基二硅胺烷氣氛處理提高抗污染特性。處理后的光學(xué)元件除膜變得困難，很可能造成除膜不干凈和除膜不均勻，造成光學(xué)元件的污染破壞，從而影響光學(xué)元件的性能和使用,導(dǎo)致光學(xué)元件進(jìn)行返修，大幅度提高了高功率激光裝置的運(yùn)行成本和維護(hù)周期。除膜原因之二：高通量的激光運(yùn)行，造成光學(xué)元件的損傷。到一定程度，光學(xué)元件表面有很多的灰塵需要對(duì)表面進(jìn)行除膜再鍍膜。對(duì)于激光損傷點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)前需要對(duì)光學(xué)元件進(jìn)行去膜處理，去膜的好壞直接影響修復(fù)和后續(xù)的光學(xué)元件的使用。除膜原因之三：對(duì)于某一波長(zhǎng)的光的高透過率是針對(duì)一定厚度二氧化硅增透化學(xué)薄膜，提拉的速度決定二氧化硅薄膜的厚度，熔石英元件鍍膜的提拉速度需要多次實(shí)驗(yàn)，才能得到合適的提拉速度，這個(gè)過程也涉及到二氧化硅化學(xué)增透薄膜的去除。

目前，一種方法去除化學(xué)膜通常是用把熔石英元件浸泡在一定濃度的氫氟酸再配合適當(dāng)?shù)挠盟蛘邿o水的乙醇的擦拭去除化學(xué)薄膜，但由于氫氟酸是高毒害物質(zhì)，并且氫氟酸去除化學(xué)膜時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)沉積在樣品的表面，對(duì)光學(xué)元件光學(xué)性能進(jìn)行破壞，且會(huì)極大的降低光的傳輸性能和激光損傷閾值。另外一種通常用水洗的方法，對(duì)于剛鍍好的化學(xué)膜可以擦拭除去，但放置一段時(shí)間后或者后處理的元件去除化學(xué)膜基本無法除去。且前二者除去方式涉及到人為的擦拭，對(duì)光學(xué)元件表面的會(huì)造成細(xì)微的劃痕并且部分的化學(xué)薄膜顆粒還不能完全去除(會(huì)導(dǎo)致重新鍍膜后的透過率下降，且膜層厚度均勻下降)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種去除熔石英光學(xué)元件上二氧化硅增透化學(xué)薄膜的方法，包括以下步驟：

步驟一、將帶有二氧化硅增透化學(xué)薄膜的熔石英光學(xué)元件放入裝有堿性清洗劑溶液的超聲波槽體中，設(shè)置溫度為50～60℃，采用依次在40～60khz、80～100khz、110～130kh、140～160khz、170～200khz、220～250khz、260～280khz的頻率下處理，每個(gè)頻率處理時(shí)間一致，總時(shí)間為3～21min，除去化學(xué)薄膜；

步驟二、將超聲處理后的熔石英光學(xué)元件用高純水進(jìn)行噴淋，溫度為40～60℃，流量為100～150l/min，時(shí)間1～5min，除去表面的堿液；

步驟三、將噴淋后的熔石英光學(xué)元件放入高純水的超聲波槽體中，溫度為50～60℃，采用依次在40～60khz、80～100khz、110～130kh、140～160khz、170～200khz、220～250khz、260～280khz的頻率下處理，每個(gè)頻率處理時(shí)間為1～3min，除去殘留的顆粒物；

步驟四、將熔石英光學(xué)元件放入高純水的槽體中，溫度為50～60℃，慢速提拉，提拉速度為0.5～1.5mm/s，除去光學(xué)元件表面多余的水。

優(yōu)選的是，所述步驟一中，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的頻率下處理，每個(gè)頻率處理時(shí)間為3min，除去化學(xué)薄膜。

優(yōu)選的是，所述步驟三中，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的頻率下處理，每個(gè)頻率處理時(shí)間為2min，除去殘留的顆粒物。

優(yōu)選的是，所述堿性清洗劑溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2～5％，ph為12～13。

優(yōu)選的是，所述堿性清洗劑的制備方法為：按重量份，取氫氧化鈉20～30份、氫氧化鉀10～20份、尿素5～10份、edta四鈉2～5份、烷基糖苷1～3份加入50～80份60～70℃的水中，攪拌均勻，冷卻至室溫后，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、異丙苯磺酸鈉0.1～0.5份、十二烷基二甲基芐基氯化銨0.1～0.3份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.1～0.3份攪拌均勻，得到混合溶液，即堿性清洗劑。

優(yōu)選的是，所述混合溶液還包括加入高壓脈沖處理室中利用高壓脈沖電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理的過程。

優(yōu)選的是，所述高壓脈沖處理室外圍設(shè)置有冷水循環(huán)系統(tǒng)，其中循環(huán)冷水溫度為1～3℃，水循環(huán)速度為1.5～2m/s；所述高壓脈沖處理室中兩極板的間距為3～5cm；高壓脈沖處理參數(shù)為：脈沖幅度為15～25kv，脈沖頻率為1000～1200hz，脈沖寬度為10～15us。

優(yōu)選的是，所述步驟一中，在超聲處理過程中，向清洗液溶液中通入氨氣。

優(yōu)選的是，所述氨氣的通氣速率為50-100ml/min。

優(yōu)選的是，所述步驟三中，在超聲處理過程中，向高純水中通入氬氣；所述氬氣的通氣速率為100-150ml/min。

在本發(fā)明中，所述光學(xué)增透化學(xué)薄膜通常包括酸膠膜、堿膠膜、酸堿復(fù)合膜(按催化劑分類)，厚度通常在40nm-300nm之間。

本發(fā)明采用七頻超聲波清洗，頻率逐步提升，在低頻超聲波作用下可以清洗大顆粒物質(zhì)，在高頻超聲波作用下可以清洗小顆粒物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)sio2化學(xué)薄膜的完全去除。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明利用超聲和堿性清洗劑去除光學(xué)元件上的sio2化學(xué)薄膜，實(shí)現(xiàn)了sio2化學(xué)薄膜有效完全地去除，光學(xué)元件性能和鍍膜前的光學(xué)元件基本一樣，使光學(xué)元件能再利用、再循環(huán)。該方法具有高效、不傷害光學(xué)元件、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明去除熔石英光學(xué)元件上二氧化硅增透化學(xué)薄膜方法的過程示意圖；

圖2為鍍膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片；

圖3為實(shí)施例1中去除薄膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片；

圖4為實(shí)施例2中去除薄膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片；

圖5為實(shí)施例3中去除薄膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片；

圖6為對(duì)比例1中去除薄膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片；

圖7為對(duì)比例1中去除薄膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片；

圖8為鍍膜后光學(xué)元件的接觸角測(cè)試照片；

圖9為實(shí)施例1中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測(cè)試照片；

圖10為實(shí)施例2中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測(cè)試照片；

圖11為實(shí)施例3中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測(cè)試照片；

圖12為對(duì)比例1中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測(cè)試照片；

圖13為光學(xué)元件鍍膜前的透過率測(cè)試曲線；

圖14為光學(xué)元件去除薄膜后的透過率測(cè)試曲線。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

實(shí)施例1：

一種去除熔石英光學(xué)元件上二氧化硅增透化學(xué)薄膜的方法，包括以下步驟：

所述的熔石英光學(xué)元件大小為40mm×40mm×4mm，鍍?nèi)额lsio2增透薄膜，提拉速度為60mm/min，薄膜厚度70nm左右，經(jīng)過氨處理1天和六甲基二硅胺烷處理1天；

步驟一、將帶有二氧化硅增透化學(xué)薄膜的熔石英光學(xué)元件放入裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的堿性清洗劑溶液的超聲波槽體中，設(shè)置溫度為50℃，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的頻率下處理，每個(gè)頻率處理時(shí)間一致，總時(shí)間為3min，功率為1kw，除去化學(xué)薄膜；在超聲處理過程中，向清洗液溶液中通入氨氣，所述氨氣的通氣速率為80ml/min；氨氣的通入可以增強(qiáng)對(duì)二氧化硅增透化學(xué)薄膜的去除力度，并且產(chǎn)生的氣泡可以帶走脫落的膜層，使去除效果更佳；

步驟二、將超聲處理后的熔石英光學(xué)元件用高純水進(jìn)行噴淋，溫度為40～60℃，流量為100～150l/min，時(shí)間1～5min，除去表面的堿液；

步驟三、將噴淋后的熔石英光學(xué)元件放入高純水的超聲波槽體中，溫度為50～60℃，采用依次在40khz、80khz、120kh、140khz、170khz、220khz、270khz的頻率下處理，每個(gè)頻率處理時(shí)間為2min，除去殘留的顆粒物；在超聲處理過程中，向高純水中通入氬氣；所述氬氣的通氣速率為120ml/min；通入氬氣可以通過氣泡增強(qiáng)對(duì)殘留的顆粒物的去除；

步驟四、將熔石英光學(xué)元件放入高純水的槽體中，溫度為55℃，慢速提拉，提拉速度為1mm/s，除去光學(xué)元件表面多余的水；

所述堿性清洗劑的制備方法為：按重量份，取氫氧化鈉25份、氫氧化鉀15份、尿素8份、edta四鈉4份、烷基糖苷2份加入60份65℃的水中，攪拌均勻，冷卻至室溫后，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、異丙苯磺酸鈉0.3份、十二烷基二甲基芐基氯化銨0.2份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.2份攪拌均勻，得到混合溶液，即堿性清洗劑。

通過改變七頻超聲的時(shí)間，得到光學(xué)元件去膜后清洗效果，如光學(xué)顯微鏡、接觸角、透過率等。

實(shí)施例2：

所述步驟一中，每個(gè)頻率處理時(shí)間一致，總時(shí)間為9min；其與工藝參數(shù)和過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例3：

所述步驟一中，每個(gè)頻率處理時(shí)間一致，總時(shí)間為12min；其與工藝參數(shù)和過程與實(shí)施例1中的完全相同。

對(duì)比例1：

所述步驟一中，每個(gè)頻率處理時(shí)間一致，總時(shí)間為1.5min；其與工藝參數(shù)和過程與實(shí)施例1中的完全相同。

圖2為鍍膜后光學(xué)元件的光學(xué)顯微鏡圖片。鍍膜后，如圖2所示，可以看出鍍膜區(qū)域和沒鍍膜區(qū)域的明顯差別，圖6～7為對(duì)比例1中經(jīng)過1.5min清洗后，可以看出邊緣存在一定的殘留物，表明1.5min并不能完全去除化學(xué)膜，會(huì)殘留顆粒物。當(dāng)清洗時(shí)間的進(jìn)一步提高時(shí)，實(shí)施例1中采用3min，從圖3可以看出，表面區(qū)域在光學(xué)顯微鏡下沒有可觀察到殘留顆粒物，進(jìn)一步提高清洗的時(shí)間到9min(實(shí)施例2，圖4)和12min(實(shí)施例3，圖5)，表面沒有出現(xiàn)殘留的顆粒物，也沒有出現(xiàn)清洗后缺陷和損傷，也證明了繼續(xù)清洗對(duì)去膜結(jié)束后的熔石英光學(xué)元件也不會(huì)造成明顯的影響。

為了檢測(cè)去膜后的清洗效果，對(duì)清洗后的表面進(jìn)行接觸角測(cè)試。通常沒有鍍膜且清洗過的光學(xué)元件接觸角小于10°(表面親水性好)。圖8為鍍膜處理后光學(xué)元件的接觸角測(cè)試照片，接觸角為42°，清洗1.5min(對(duì)比例1，圖12)、3min(實(shí)施例1，圖9)、9min(實(shí)施例2，圖10)、12min(實(shí)施例3，圖11)的接觸角分別為10.0°、8.5°、6.5°、5.4°。可以看出隨著清洗的時(shí)間增加，清洗后表面的接觸角不斷的減少，說明清洗時(shí)間為1.5min時(shí)，殘留的顆粒物存在會(huì)導(dǎo)致接觸角無法進(jìn)一步降低，當(dāng)去除完全并對(duì)熔石英元件進(jìn)一步清洗時(shí)，接觸角可以最終達(dá)到5°～6°。

如圖13鍍膜前光學(xué)元件的透過率測(cè)試：4-1為實(shí)施例1中的光學(xué)元件未鍍膜前的透過率測(cè)試曲線，3-1為對(duì)比例1中的光學(xué)元件未鍍膜前的透過率測(cè)試曲線；2-2和2-1為實(shí)施例2中的光學(xué)元件未鍍膜前的不同位置的透過率測(cè)試曲線；1-1和1-2為實(shí)施例3中的光學(xué)元件未鍍膜前的不同位置的透過率測(cè)試曲線；圖14去膜后的熔石英元件透過率測(cè)試；兩者基本上無明顯差別，說明這種去膜方法并不會(huì)對(duì)熔石英元件造成損害。

實(shí)施例4：

所述堿性清洗劑的制備方法為：按重量份，取氫氧化鈉20份、氫氧化鉀10份、尿素5份、edta四鈉2份、烷基糖苷1份加入50份60℃的水中，攪拌均勻，冷卻至室溫后，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、異丙苯磺酸鈉0.1份、十二烷基二甲基芐基氯化銨0.1份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.1份攪拌均勻，得到混合溶液，即堿性清洗劑。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例5：

所述堿性清洗劑的制備方法為：按重量份，取氫氧化鈉30份、氫氧化鉀20份、尿素10份、edta四鈉5份、烷基糖苷3份加入80份70℃的水中，攪拌均勻，冷卻至室溫后，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、異丙苯磺酸鈉0.5份、十二烷基二甲基芐基氯化銨0.3份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸0.3份攪拌均勻，得到混合溶液，即堿性清洗劑。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例6：

所述堿性溶液制備的過程中，所述混合溶液還包括加入高壓脈沖處理室中利用高壓脈沖電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理的過程；所述高壓脈沖處理室外圍設(shè)置有冷水循環(huán)系統(tǒng)，其中循環(huán)冷水溫度為1℃，水循環(huán)速度為1.5m/s；所述高壓脈沖處理室中兩極板的間距為3cm；高壓脈沖處理參數(shù)為：脈沖幅度為15kv，脈沖頻率為1000hz，脈沖寬度為10us。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。采用高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)堿性清洗劑進(jìn)行預(yù)處理，可以使堿性清洗劑各成分的混合更加的均勻，且可以消除制備堿性清洗劑過程中產(chǎn)生的泡沫，使堿性溶液對(duì)二氧化硅增透化學(xué)薄膜的處理效果更佳，并且清洗后堿性清洗劑的殘留量更少。

實(shí)施例7：

所述堿性溶液制備的過程中，所述混合溶液還包括加入高壓脈沖處理室中利用高壓脈沖電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理的過程；所述高壓脈沖處理室外圍設(shè)置有冷水循環(huán)系統(tǒng)，其中循環(huán)冷水溫度為3℃，水循環(huán)速度為2m/s；所述高壓脈沖處理室中兩極板的間距為5cm；高壓脈沖處理參數(shù)為：脈沖幅度為25kv，脈沖頻率為1200hz，脈沖寬度為15us。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例8：

所述堿性溶液制備的過程中，所述混合溶液還包括加入高壓脈沖處理室中利用高壓脈沖電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理的過程；所述高壓脈沖處理室外圍設(shè)置有冷水循環(huán)系統(tǒng)，其中循環(huán)冷水溫度為2℃，水循環(huán)速度為1.8m/s；所述高壓脈沖處理室中兩極板的間距為4cm；高壓脈沖處理參數(shù)為：脈沖幅度為20kv，脈沖頻率為1100hz，脈沖寬度為12us。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例9：

所述步驟一中，在超聲處理過程中，向清洗液溶液中通入氨氣；所述氨氣的通氣速率為50ml/min。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例10：

所述步驟一中，在超聲處理過程中，向清洗液溶液中通入氨氣；所述氨氣的通氣速率為100ml/min。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例11：

所述步驟三中，在超聲處理過程中，向高純水中通入氬氣；所述氬氣的通氣速率為100ml/min。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

實(shí)施例12：

所述步驟三中，在超聲處理過程中，向高純水中通入氬氣；所述氬氣的通氣速率為150ml/min。

其余參數(shù)和工藝過程與實(shí)施例1中的完全相同。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。