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為了實現(xiàn)光學(xué)元件表面污染物的無損去除,國內(nèi)外學(xué)者研究了光學(xué)元器件表面污染物的清洗技術(shù)。目前,光學(xué)元件清洗的形式可以分為濕法清洗及干法清洗,濕法清洗技術(shù)是實現(xiàn)光學(xué)元件污染物去除的常用方法,但是濕法清洗存在一些缺陷,且無法實現(xiàn)在線清洗,后續(xù)提出一系列干法清洗技術(shù)。

濕法清洗

濕法清洗在硅基材料上有廣泛的應(yīng)用,且光學(xué)元件最初的清洗方式便是濕法清洗。濕法清洗一般需要液體的參與。常用的濕法清洗方法有:浸泡清洗、蒸汽清洗及超聲清洗等。

干法清洗

干法清洗方式近年來得到了快速發(fā)展,并且該方法不需要液體參與,可以精確控制清洗位置,并且清洗后不會在清洗表面引入雜質(zhì),可以反復(fù)對表面清洗。干法清洗廣泛應(yīng)用在各種表面清洗,主要包括:激光清洗、紫外線/臭氧清潔以及等離子清洗等。

等離子清洗原理

等離子體是物質(zhì)的第四態(tài),廣泛存在于自然界中,是宇宙的基本組成物質(zhì),如圖1(a)所示。等離子體的產(chǎn)生是通過外界能量的持續(xù)注入,誘導(dǎo)氣體分子中的原子相互解離,導(dǎo)致原子中的電子擺脫質(zhì)子的束縛,最終形成等離子體,如圖1(b)所示。

圖1 等離子體的分布和產(chǎn)生

等離子體清洗機(jī)制是以化學(xué)反應(yīng)為主,物理作用促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。等離子體清洗過程主要是分為兩階段:第一階段是等離子體中產(chǎn)生的真空紫外線能率先破壞表面有機(jī)污染物的大多數(shù)有機(jī)化學(xué)鍵(C-H、C-C、C=C、C-O和C-N)。第二階段是由等離子體中產(chǎn)生的反應(yīng)氧基團(tuán)(O2+、O2-、O3、O、O+、O-、電離臭氧、亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)氧)和自由電子與有機(jī)污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成H2O、CO、CO2等小分子化合物。由于等離子體清洗所生成的小分子基團(tuán)懸浮在環(huán)境中,在清洗過程中被不斷地從真空腔室中抽出,去除的有機(jī)污染物不會殘留在裝置中產(chǎn)生二次污染,從而獲得潔凈表面,如圖2(a)所示。

圖2 等離子體與污染物的相互作用過程 

傳統(tǒng)的有機(jī)污染物去除手段,如紫外線清洗、二氧化碳雪清洗、激光清洗,一般具有清洗效率低、過程不可控、對光學(xué)元件產(chǎn)生損傷等缺點。而等離子體清洗技術(shù)作為一種大面積、高效、可控的污染物去除手段彌補(bǔ)了傳統(tǒng)清洗污染物技術(shù)的不足,是光學(xué)元件潔凈的潛在工具之一。等離子體在去除光學(xué)元件表面有機(jī)污染物的同時對光學(xué)元件表面進(jìn)行了改性,環(huán)境中水蒸汽分子在改性后的光學(xué)元件表面形成超親水表面,降低了激光輻照時的散射,有效地抑制了水污染,增加了光學(xué)元件的環(huán)境適應(yīng)性。