[发明专利]提升激光损伤阈值的基片处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学薄膜领域，是一种为了提升激光损伤阈值的基片处理方法。

背景技术

激光损伤阈值是光学薄膜元件性能的重要参数之一，关乎薄膜元件能否在高功率激光系统中得到良好应用。已有研究表明杂质缺陷是诱导激光损伤的根源：一方面，在激光辐照时，杂质缺陷处的局部温度迅速增加，在热力耦合作用下产生激光损伤；另一方面，基片(亚)表面的杂质在镀膜过程中因热迁移效应在基片表面形成更大尺寸的杂质颗粒与膜层发生耦合效应，导致薄膜元件的损伤阈值远低于薄膜的本征损伤阈值，甚至低于基片表面的损伤阈值。因此对于镀膜元件而言，基片的清洁程度是影响镀膜产品质量好坏的关键因素之一。高功率激光系统，如我国神光系列装置、美国国家点火装置(NIF)、法国LMJ装置、日本LFEX和GEKKO装置等大型高功率激光装置对薄膜元件的抗激光损伤性能提出了很高的要求，使得镀膜前基片的清洗必须更加严格和规范。常用的基片清洗包括有机溶剂擦洗和超声清洗：前者效率低下且在实际的操作过程中易受操作人员影响；后者能去除基片表面的污染，但不能有效去除基片加工过程残留的亚表面杂质缺陷。2015年全国薄膜技术学术研讨会上兰州空间技术物理研究所发表的会议文献(《光学薄膜基片清洗工艺研究》)提出了超声波+碱性清洗液清洗、去离子水喷洗和漂洗、氮气干燥洁净的组合的方法，但该方法在所使用的氮气吹干工序中，如果氮气的质量不高，也会在基片上留有污物。更为重要的是，以上处理方式均是对基片表面杂质污染的清除，并未考虑基片亚表面杂质颗粒的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种提升激光损伤阈值的基片处理方法，本发明能够在去除(亚)表面杂质颗粒的同时增加薄膜的附着力，提升基片表面及透射类薄膜元件的激光损伤阈值。

本发明的技术解决方案

一种提升基片表面及透射类薄膜元件激光损伤阈值的基片处理方法，其特点在于，该方法包括以下步骤：

1)采用超声清洗方法清除基片表面污染，具体步骤为：

①去离子水喷淋3-30分钟；②碱液超声清洗3-10分钟，超声频率为40KHz，清洗温度为60℃；③去离子水喷淋，时间3-30分钟，冲洗残留的清洗剂；④去离子水超声清洗3-10分钟，超声频率为40KHz，清洗温度为60℃；⑤从清洗槽中提出基片；⑥超净环境中红外烘烤基片5分钟以上。

2)采用热处理使基片亚表面的杂质颗粒析出至基片表面：

将基片置于在烤箱中进行热处理，热处理温度：200～800℃(对于K9玻璃不高于300℃)；热处理时间：2～8小时；热处理气氛：大气环境。待基片在烤箱中自然冷却至室温后取出基片

3)采用超声清洗方法清除析出至基片表面的杂质污染物，具体步骤为：

①去离子水喷淋5-30分钟；②碱液超声清洗3-10分钟，超声频率为40KHz，清洗温度为60℃；③去离子水喷淋，时间5-30分钟，冲洗残留的清洗剂；④去离子水超声清洗3-10分钟，超声频率为40KHz，清洗温度为60℃；⑤从清洗槽中提出基片；⑥超净环境中红外烘烤基片5分钟以上。

与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

1、综合采用热处理技术和超声清洗技术：利用热处理技术将基片亚表面的杂质颗粒析出至基片表面，通过超声清洗技术去除基片(亚)表面杂质颗粒。

2、可解决基片(亚)表面杂质引起的激光诱导损伤阈值降低的问题，在不会对基片产生化学腐蚀效果的前提下，去除部分亚表面杂质颗粒的同时增加薄膜的附着力，从而提升基片表面及透射类薄膜元件的激光损伤阈值。

3、方法简单易行，具有针对性强和效率高的特点。适合清洗用于大型高功率激光系统的高精度薄膜元件基片。

附图说明

图1是基片表面原子力显微镜形貌图，仅超声清洗技术处理(左)和本发明方法处理(右)

图2是分别采用仅超声清洗技术处理和采用本发明方法处理后基片表面的激光损伤概率图，激光波长分别为1064nm(左)和355nm(右)

图3是分别采用仅超声清洗技术处理和采用本发明方法处理后镀膜元件的激光损伤概率图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

以均分为A、B、C、D四组分的尺寸为φ50mm×5mm的K9玻璃基片为例，说明本发明用于提升基片表面及透射类薄膜元件激光损伤阈值的基片处理方法。具体实施方案如下:

实施例1

1、A组采用仅超声清洗技术处理的方法清除基片表面污染，具体步骤为：