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激光在光学元件清洗中的应用研究

尹烨  
【摘要】: 激光清洗技术是指采用激光束照射被污染表面,使表面的污染物发生瞬间蒸发或剥离,以达到洁净的目的。激光清洗满足了工业上去除表面亚微米量级粒子的需要。与传统的清洗方法相比,激光清洗技术在环境保护和高精度要求方面具有明显的优势。衡量清洗效果最常用的是洁净度这一参数,即被去除的污染物与原污染物量的比值。也可以通过显微镜、精密天平等仪器来评价清洗效果。 本论文采用理论分析与实验研究的方法,全面研究了连续CO2激光和脉冲Nd:YAG三倍频激光对K9玻璃表面上的三种实验室常见的污染物(指纹、皮肤油脂和硅油)的清洗作用,以及对洁净的化学膜层的作用;使用了光学显微镜、紫外-可见分光光度计、傅立叶变换红外-拉曼光谱仪和界面张力测量仪获得了上述不同表面在不同参数激光照射后的检测数据,得到了如下的研究结果: 1.根据显微照片和透过率谱,发现皮肤油脂所造成的污染最为严重,指纹其次,硅油最轻微。拉曼光谱和接触角测量结果显示,被指纹和皮肤油脂污染的样品具有相似的特点。 2.在CO2激光的照射下,三种污染物微粒的线度都随着激光功率的增加而减小,这说明激光清洗有明显效果,但污染物还不能被完全去除。当功率高达一定程度时,基片将出现裂纹,显示出清洗效果与基片的激光损伤阈值之间的矛盾。对于被皮肤油脂污染的基片,增大激光功率能够使其透光性得到较大的改善。接触角测量结果显示激光照射后,受皮肤油脂污染的样品与洁净基片最为接近。 3.在Nd:YAG三倍频激光的照射下,对于被污染的膜层,在同等能量激光的照射下,脉冲数越多,污染物面减少越多;而在相同脉冲数下,激光能量越高,污染物面也减少越多。然而,增加脉冲数或增大激光能量会发生暗化效应,并且暗化程度与脉冲重叠率成正比。 4.使用大津法对显微照片进行了二值化处理可得到了污染物所占的面积百分比和污染物的去除率(也即洁净度)。将CO2激光与Nd:YAG三倍频激光的清洗效果进行比较表明:CO2激光适合清洗基片表面的重度污染,而Nd:YAG三倍频激光则对轻度污染更为有效。


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