光學零件鍍膜前清潔技術初探

孫波　郭富強

摘 要：光學零件鍍膜前，玻璃基底的清潔程度是影響鍍膜產品質量好壞的關鍵因素之一，本文闡述了當前光學零件鍍膜前的各種清潔技術，著重分析各種清潔技術的特點，提出了隨著激光清洗技術的進一步成熟，必然會在各種光學元件和光學系統中的元件鍍膜前處理中更好地發揮作用。

關鍵詞：光學零件；超聲波清洗技術；激光清洗技術；離子源清洗

對于光學鍍膜元件來說，玻璃基底的清潔程度是影響鍍膜產品質量好壞的關鍵因素之一，保障光學零件表面鍍膜前的潔凈度，可以降低薄膜內的雜質污染物，鍍膜前光學零件的清洗技術至關重要。光學零件進入鍍膜室前，不管鍍膜外觀要求如何，均應進行認真的鍍前處理，以達到去油、去污和脫水的目的，這是提高膜層牢固度的重要措施之一。本文闡述了當前主要存在的光學零件鍍膜前的清潔技術，著重分析各種清潔技術的特點，提出了隨著激光清洗技術的進一步成熟，必然會在各種光學元件和光學系統中的元件鍍膜前處理中更好地發揮作用。

一、光學零件的超聲波清洗

超聲波清洗是利用超聲場所產生強大的作用力，促使物質發生一系列物理、化學變化而達到清洗目的。具有效果好，清潔度高且全部光學零件清潔度一致；清洗速度快，提高生產效率，不須人手接觸清洗液，安全可靠等優點逐漸代替了傳統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，為光學工業生產輔助工序實現機械化、自動化提供了條件。

光學零件清洗工藝從整體流程看通常可分為四道工序：洗滌、漂洗、脫水、烘干。具體流程如下： 洗滌主要是利用有機溶劑對光學零件表面進行濕潤、滲透、乳化而達到綜合的作用，從而達到對各類污垢進行溶解，去除的效果；?漂洗通過純水對光學零件表面的沖洗及超聲作用，使洗滌后殘留在光學零件表面的洗滌劑溶解、稀釋和去除的作用；清洗溫度升高時，對空化的產生有利，漂洗效果較好，但是溫度過高氣泡中的蒸氣壓增大，空化強度會降低，所以溫度的選擇要考慮對空化強度的影響也要考慮清洗液的化學清洗作用；?脫水是經漂洗后的光學零件表面含有大量水分，進入有機溶劑的脫水劑中進行脫水，和水能充分混溶；烘干的過程大略如下：干燥劑蒸汽在光學零件表面冷凝為液體→干燥劑液體和光學零件表面的脫水劑形成共沸物→一部分共沸物形成蒸汽離開光學零件表面→一部分共沸物以液體的狀態流經光學零件表面對光學零件起沖洗作用；經過這些過程后，光學零件表面潔凈、干燥。

為了減少或避免脫水劑等有機溶劑對環境及操作人員身體的影響，目前的超聲波清洗技術已對工藝進行了改良，通過使用純水漂洗，而省略脫水，漂洗后的光學零件表面為純水狀態，再由異丙醇烘干，既可快速、有效地干燥光學零件，又可避免有機溶劑對環境及工作人員的影響。

二、光學零件的激光清洗

超聲波清洗對次微米級的污粒無能為力，清洗后對工件的干燥亦是一大難題。在這種情況下，需要找到一種高效、快捷的清洗方法。激光清洗技術作為一項新興清洗技術，能適應各種表面污物的清洗，對環境污染極小，也不損傷基體，已成為傳統清洗方法的補充和延伸，并因其固有的許多優點而展示了廣闊的應用前景。激光清洗技術的基本原理是：利用激光具有強度高、能量密度大、聚焦性強、方向性好的特點，通過透鏡組合可以聚焦光束，把光束集中到一個很小的區域中。激光清洗技術正是利用激光脈沖的振動、粒子的熱膨脹、分子的光分解或相變三種作用或它們的聯合作用克服污物與基體表面之間的結合力，使污物脫離表面而達到清洗的目的。與傳統清洗工藝相比，激光清洗技術具有以下特點：①它是一種“干式”清洗，不需要清潔液或其它化學溶液，且清潔度遠遠高于化學清洗工藝；②清除污物的范圍和適用的基材范圍十分廣泛；③通過調控激光工藝參數，可以在不損傷基材表面的基礎上，有效去除污染物，使表面復舊如新；④激光清洗可以方便地實現自動化操作；⑤激光去污設備可以長期使用，運行成本低；⑥激光清洗技術是一種“綠色”清洗工藝，消除的廢料是固體粉末狀，體積小，易于存放。

激光具有強度高、能量密度大、聚焦性強、方向性好的特點，激光清潔技術可以將激光光束集中在光學元件的一個很小的區域，并且可以對光學元件上的污染物產生三方面的作用：①激光清洗設備可以利用高頻率的脈沖激光沖擊光學元件的基底，其光束可轉化為聲波并從光學元件的下表面返回，與入射波產生光學干涉效應，光學元件基底的污垢層或者凝聚物將被干涉效應產生的共振振動碎裂；②激光清潔技術利用光學元件基底與元件表面污染物對同一波長激光能量吸收系數的不同，使光學元件表面污染物吸收能量而熱膨脹，污染物克服元件基底的吸附力而脫落；③利用分子的光分解或相變，在瞬間使光學元件表面污染物分子或使人為涂上的輔助液膜汽化或爆沸，使表面污染物松散并脫離光學元件的基底表面。

三、光學零件的離子源清洗

光學零件經過超聲波清洗后，在玻璃放入真空室以及在真空室抽真空的過程中，裝入鍍膜設備真空室以及進行蒸鍍前，玻璃表面均有可能被二次污染，玻璃基地表面吸附了一些雜質顆粒，從而影響光學零件的外觀和薄膜特性，如果采用離子源清洗技術可以消除二次污染，保證光學零件表面在鍍膜前的真正清潔。離子清洗是在基片放入真空室并抽取真空后，薄膜沉積之前，用一定能量和束流密度的離子撞擊基片，使基片清潔。離子源清洗成為解決二次污染問題的一種可行辦法，清洗效果也得到一定認可。盡管離子源清洗有較好的清潔效果，但離子種類、清洗時間、離子能量和束流密度等參數對基片表面特性的影響，以及離子清洗參數的選擇都未見有深入的研究報道。一定能量和束流密度的離子清洗基片時，基片表面的粗糙度隨清洗時間的不同而發生不同程度的改變，基板材質特殊（如藍玻璃、塑料）時，清掃時間的長短對膜層牢固度也有影響，因此清洗時間應該嚴格控制。

綜上所述，光學零件鍍膜前，玻璃基底的清潔程度是影響鍍膜產品質量好壞的關鍵因素之一。從對光學元件的幾種清洗技術的安全性、去污效果、成本等的比較可以發現激光清洗技術安全、高效、無污染，是最理想的光學元件的清洗技術，而離子源清掃技術只不過是對清洗技術的最后一道保障。相信隨著激光清洗技術的進一步成熟，必然會在各種光學元件和光學系統中的元件鍍膜前處理中更好地發揮作用。

（作者單位：利達光電股份有限公司）