光学零件镀膜前清洁技术初探

孙波　郭富强

摘 要：光学零件镀膜前，玻璃基底的清洁程度是影响镀膜产品质量好坏的关键因素之一，本文阐述了当前光学零件镀膜前的各种清洁技术，着重分析各种清洁技术的特点，提出了随着激光清洗技术的进一步成熟，必然会在各种光学元件和光学系统中的元件镀膜前处理中更好地发挥作用。

关键词：光学零件；超声波清洗技术；激光清洗技术；离子源清洗

对于光学镀膜元件来说，玻璃基底的清洁程度是影响镀膜产品质量好坏的关键因素之一，保障光学零件表面镀膜前的洁净度，可以降低薄膜内的杂质污染物，镀膜前光学零件的清洗技术至关重要。光学零件进入镀膜室前，不管镀膜外观要求如何，均应进行认真的镀前处理，以达到去油、去污和脱水的目的，这是提高膜层牢固度的重要措施之一。本文阐述了当前主要存在的光学零件镀膜前的清洁技术，着重分析各种清洁技术的特点，提出了随着激光清洗技术的进一步成熟，必然会在各种光学元件和光学系统中的元件镀膜前处理中更好地发挥作用。

一、光学零件的超声波清洗

超声波清洗是利用超声场所产生强大的作用力，促使物質发生一系列物理、化学变化而达到清洗目的。具有效果好，清洁度高且全部光学零件清洁度一致；清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠等优点逐渐代替了传统的手工清洗及精擦操作，使清洗及精擦的效率成倍或十多倍的提高，为光学工业生产辅助工序实现机械化、自动化提供了条件。

光学零件清洗工艺从整体流程看通常可分为四道工序：洗涤、漂洗、脱水、烘干。具体流程如下： 洗涤主要是利用有机溶剂对光学零件表面进行湿润、渗透、乳化而达到综合的作用，从而达到对各类污垢进行溶解，去除的效果；?漂洗通过纯水对光学零件表面的冲洗及超声作用，使洗涤后残留在光学零件表面的洗涤剂溶解、稀释和去除的作用；清洗温度升高时，对空化的产生有利，漂洗效果较好，但是温度过高气泡中的蒸气压增大，空化强度会降低，所以温度的选择要考虑对空化强度的影响也要考虑清洗液的化学清洗作用；?脱水是经漂洗后的光学零件表面含有大量水分，进入有机溶剂的脱水剂中进行脱水，和水能充分混溶；烘干的过程大略如下：干燥剂蒸汽在光学零件表面冷凝为液体→干燥剂液体和光学零件表面的脱水剂形成共沸物→一部分共沸物形成蒸汽离开光学零件表面→一部分共沸物以液体的状态流经光学零件表面对光学零件起冲洗作用；经过这些过程后，光学零件表面洁净、干燥。

为了减少或避免脱水剂等有机溶剂对环境及操作人员身体的影响，目前的超声波清洗技术已对工艺进行了改良，通过使用纯水漂洗，而省略脱水，漂洗后的光学零件表面为纯水状态，再由异丙醇烘干，既可快速、有效地干燥光学零件，又可避免有机溶剂对环境及工作人员的影响。

二、光学零件的激光清洗

超声波清洗对次微米级的污粒无能为力，清洗后对工件的干燥亦是一大难题。在这种情况下，需要找到一种高效、快捷的清洗方法。激光清洗技术作为一项新兴清洗技术，能适应各种表面污物的清洗，对环境污染极小，也不损伤基体，已成为传统清洗方法的补充和延伸，并因其固有的许多优点而展示了广阔的应用前景。激光清洗技术的基本原理是：利用激光具有强度高、能量密度大、聚焦性强、方向性好的特点，通过透镜组合可以聚焦光束，把光束集中到一个很小的区域中。激光清洗技术正是利用激光脉冲的振动、粒子的热膨胀、分子的光分解或相变三种作用或它们的联合作用克服污物与基体表面之间的结合力，使污物脱离表面而达到清洗的目的。与传统清洗工艺相比，激光清洗技术具有以下特点：①它是一种“干式”清洗，不需要清洁液或其它化学溶液，且清洁度远远高于化学清洗工艺；②清除污物的范围和适用的基材范围十分广泛；③通过调控激光工艺参数，可以在不损伤基材表面的基础上，有效去除污染物，使表面复旧如新；④激光清洗可以方便地实现自动化操作；⑤激光去污设备可以长期使用，运行成本低；⑥激光清洗技术是一种“绿色”清洗工艺，消除的废料是固体粉末状，体积小，易于存放。

激光具有强度高、能量密度大、聚焦性强、方向性好的特点，激光清洁技术可以将激光光束集中在光学元件的一个很小的区域，并且可以对光学元件上的污染物产生三方面的作用：①激光清洗设备可以利用高频率的脉冲激光冲击光学元件的基底，其光束可转化为声波并从光学元件的下表面返回，与入射波产生光学干涉效应，光学元件基底的污垢层或者凝聚物将被干涉效应产生的共振振动碎裂；②激光清洁技术利用光学元件基底与元件表面污染物对同一波长激光能量吸收系数的不同，使光学元件表面污染物吸收能量而热膨胀，污染物克服元件基底的吸附力而脱落；③利用分子的光分解或相变，在瞬间使光学元件表面污染物分子或使人为涂上的辅助液膜汽化或爆沸，使表面污染物松散并脱离光学元件的基底表面。

三、光学零件的离子源清洗

光学零件经过超声波清洗后，在玻璃放入真空室以及在真空室抽真空的过程中，装入镀膜设备真空室以及进行蒸镀前，玻璃表面均有可能被二次污染，玻璃基地表面吸附了一些杂质颗粒，从而影响光学零件的外观和薄膜特性，如果采用离子源清洗技术可以消除二次污染，保证光学零件表面在镀膜前的真正清洁。离子清洗是在基片放入真空室并抽取真空后，薄膜沉积之前，用一定能量和束流密度的离子撞击基片，使基片清洁。离子源清洗成为解决二次污染问题的一种可行办法，清洗效果也得到一定认可。尽管离子源清洗有较好的清洁效果，但离子种类、清洗时间、离子能量和束流密度等参数对基片表面特性的影响，以及离子清洗参数的选择都未见有深入的研究报道。一定能量和束流密度的离子清洗基片时，基片表面的粗糙度随清洗时间的不同而发生不同程度的改变，基板材质特殊（如蓝玻璃、塑料）时，清扫时间的长短对膜层牢固度也有影响，因此清洗时间应该严格控制。

综上所述，光学零件镀膜前，玻璃基底的清洁程度是影响镀膜产品质量好坏的关键因素之一。从对光学元件的几种清洗技术的安全性、去污效果、成本等的比较可以发现激光清洗技术安全、高效、无污染，是最理想的光学元件的清洗技术，而离子源清扫技术只不过是对清洗技术的最后一道保障。相信随着激光清洗技术的进一步成熟，必然会在各种光学元件和光学系统中的元件镀膜前处理中更好地发挥作用。

（作者单位：利达光电股份有限公司）