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99.9％(對于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，需要進一步進行后處理，氨氣氛處理提高薄膜的強度和光學(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)元件進行返修，大幅度提高了高功率激光裝置的運行成本和維護周期。除膜原因之二：高通量的激光運行，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表面進行除膜再鍍膜。對于激光損傷點進行修復(fù)前需要對光學(xué)元件進行去膜處理，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：對于某一波長的光的高透過率是針對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驗，才能得到合適的提拉速度，這個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?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，反應(yīng)產(chǎn)物會沉積在樣品的表面，對光學(xué)元件光學(xué)性能進行破壞，且會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，對于剛鍍好的化學(xué)膜可以擦拭除去，但放置一段時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，對光學(xué)元件表面的會造成細微的劃痕并且部分的化學(xué)薄膜顆粒還不能完全去除(會導(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)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個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。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，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，每個頻率處理時間一致，總時間為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)元件用高純水進行噴淋，溫度為40～60℃，流量為100～150l/min，時間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，每個頻率處理時間為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，每個頻率處理時間為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，每個頻率處理時間為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)量分數(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進行預(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)，實現(xiàn)對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、操作簡單、經(jīng)濟等優(yōu)點。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(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)元件的接觸角測試照片；

圖9為實施例1中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測試照片；

圖10為實施例2中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測試照片；

圖11為實施例3中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測試照片；

圖12為對比例1中去除薄膜后光學(xué)元件的接觸角測試照片；

圖13為光學(xué)元件鍍膜前的透過率測試曲線；

圖14為光學(xué)元件去除薄膜后的透過率測試曲線。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

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

實施例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)量分數(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，每個頻率處理時間一致，總時間為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對二氧化硅增透化學(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)元件用高純水進行噴淋，溫度為40～60℃，流量為100～150l/min，時間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，每個頻率處理時間為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對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。

實施例2：

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

實施例3：

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

對比例1：

所述步驟一中，每個頻率處理時間一致，總時間為1.5min；其與工藝參數(shù)和過程與實施例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，會殘留顆粒物。當清洗時間的進一步提高時，實施例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，進一步提高清洗的時間到9min(實施例2，圖4)和12min(實施例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)清洗對去膜結(jié)束后的熔石英光學(xué)元件也不會造成明顯的影響。

為了檢測去膜后的清洗效果，對清洗后的表面進行接觸角測試。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)元件的接觸角測試照片，接觸角為42°，清洗1.5min(對比例1，圖12)、3min(實施例1，圖9)、9min(實施例2，圖10)、12min(實施例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間增加，清洗后表面的接觸角不斷的減少，說明清洗時間為1.5min時，殘留的顆粒物存在會導(dǎo)致接觸角無法進一步降低，當去除完全并對熔石英元件進一步清洗時，接觸角可以最終達到5°～6°。

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

實施例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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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進行預(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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。采用高壓脈沖電場對堿性清洗劑進行預(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進行預(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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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進行預(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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

實施例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)和工藝過程與實施例1中的完全相同。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(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節(jié)和這里示出與描述的圖例。