基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统及其清除方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统及其清除方法，包括样品仓，所述样品仓外部设置有微波源、真空机构、气体流量控制系统、氧气源和惰性气体气源，氧气源和惰性气体气源均与气体流量控制系统连接，微波源、真空机构和气体流量控制系统均与样品仓内部连通。该系统及方法针对光学元件介质膜层表面的指纹污染可以通过非接触的方式进行有效清洁，同时不对膜层造成损伤，保持光学元件的性能符合要求，不会有残留物，也不会造成二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用微波电离产生氧原子实现清除的系统，具体涉及一种基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统及其清除方法。
技术介绍
自1960年美国物理学家梅曼专利技术激光器以来，激光技术得到飞速发展。由于激光相比传统光源具有高能量、高单色性、高相干性、极佳的方向性等优点，各科学和
纷纷应用激光并形成了一系列交叉学科，包括信息光学和光电子学、激光医疗、激光加工、激光检测、激光全息、激光雷达等。伴随着激光技术的发展，现代光学也脱胎于古老的光学学科，重新焕发了青春。人们对光学现象的理解不断加深，光学成像、光谱分析等技术手段广泛应用于社会生产中。在激光和现代光学的实际应用中，以光学镜片为代表的元件构成了激光操控和光学成像的基础部件。为了增强镜片的透过率、反射率、滤波效率等性能，在镜片表面需要进行镀膜处理。镜片表面的膜层可以分为介质膜和金属膜，后者主要用于全反镜设计，实际应用相对较少。介质膜通过光学工程理论和方法设计出折射率周期性变化的结构，采用电子蒸镀、磁控溅射等方式实现，可以有效增加元件的透过率。目前选用的镀膜材料主要有氧化铪、氧化锆、氧化硅等氧化物，这些材料化学性质十分稳定，在正确的操作和维护下可以达到较长的使用寿命。在实际应用中，光学膜层表面洁净度对元件特性有着直接的影响，由于操作不当在膜层表面引入的指纹等有机污染物，会降低元件透过率、反射率，直接影响对激光的操控特性。表面污染物还会促进膜层对激光能量的吸收和沉积，增加膜层在激光应用中损伤的概率，降低元件使用寿命。成像系统中光学膜层表面的污染会导致成像锐度下降，严重影响成像质量。要克服膜层污染带来的光学元件效率下降，一方面应强调精密光学元件的正确操作，减少污染的可能性，另一方面则应发展针对指纹等有机污染物的有效清洁方法。传统上，对光学元件表面膜层的清洁一般采用直接法，将酒精、丙酮、乙醚等有机溶剂按一定比例兑制成清洁液，结合棉签、无尘布、擦镜纸等进行擦拭。这是一种直接接触清洁法，容易造成膜层表面的二次污染甚至永久性损伤。曾有研究表明KrF准分子发出的紫外波段激光脉冲辐照石英等光学元件可以对其表面的指纹污染物进行有效清洁，这是一种非物理接触的清洁方法，但是因诸多限制而没有大范围应用：一方面这种方法对激光脉冲的能量有严格的限制，只有当单脉冲能量密度达到450mJ/cm2以上时才能起到清洁作用，脉冲能量过低时不但清洁无效，反而将指纹彻底固化在元件表面，极大增加了清洁难度；这种清洁方法对激光波长也有严格的限制，有效激光波段仅仅限于紫外波段，而众所周知，除了高品质石英元件外，普通光学玻璃元件等在紫外光的辐照下化合键会发生断裂，使元件透过率下降，紫外光对光学膜层造成的影响更加不容忽视，有可能造成膜层的彻底损伤。人类指纹中的成分主要皮肤表面分泌腺的分泌物，以甘油、脂肪酸、醇类等有机物为主，这些油脂类有机物在膜层表面有一定的附着度，不易清理。专利号为“ZL03116276.2”的中国专利公开了一种材料表面的清洁方法，把需要清洁的材料置于微波辐射源和紫外光之间，由微波能量转化为紫外光能量，同时由紫外光激励产生臭氧或者由微波能量产生氧等离子体，实现对材料表面的高效清洁。其清洁效果好，使用方便、安全，适用范围广，可适用于半导体材料和器件的表面清洁处理，尤其适用于ITO玻璃的表面清洗，可提高ITO玻璃的表面功函数，优化电极性能。但是其是纯氧环境下进行，并且由微波能量转化为紫外光能量，同时由紫外光激励产生臭氧或者由微波能量产生氧等离子体，增加了中间转换过程，效率低，而且在清洁过程易产生其它污染物，反而造成清理不干净。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有光学元件表面的膜层被人类指纹污染后不易清理干净，甚至清理时会对膜层造成损伤，同时清理时有残留物或者二次污染风险，提供了一种基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统及其清除方法，该系统及方法针对光学元件介质膜层表面的指纹污染可以通过非接触的方式进行有效清洁，同时不对膜层造成损伤，保持光学元件表面的光学性能符合要求，不会有残留物，也不会造成二次污染。本专利技术通过下述技术方案实现：基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，包括样品仓，所述样品仓外部设置有微波源、真空机构、气体流量控制系统、氧气源和惰性气体气源，氧气源和惰性气体气源均与气体流量控制系统连接，微波源、真空机构和气体流量控制系统均与样品仓内部连通，惰性气体在常温常压下，它们都是无色无味的单原子气体，很难进行化学反应，惰性气体气源从成本以及原料获取难易性等考虑优选为氦气源。人类指纹中的成分主要皮肤表面分泌腺的分泌物，以甘油、脂肪酸、醇类等有机物为主，这些油脂类有机物在膜层表面有一定的附着度，不易清理。因此本方案设计了一种基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，该系统是将样品仓整体基于氧气在微波下的电离过程产生氧原子和氧离子，对光学元件介质膜层表面指纹污染进行清除。原子氧是地球高层大气的主要成分，具有极强的氧化性，甚至高于氟气。原子氧对有机物有极强的分解作用，可以将有机物分解成CO、CO2、H2O等气体离开附着表面。在地面通过微波将氧气进行电离可以产生具有类似高氧化性的原子氧和离子氧，对膜层表面的指纹污染进行清洁。本方案是将氧气和氦气以一定比例，通过导管进入样品仓，在仓内样品周围形成特定的气体氛围。电离产生的原子氧、离子氧在惰性气体的保护下可以存在较长时间，使得其活性足，充分对样品表面的指纹污染物进行氧化清洁，清洁的效率大大提高；本方案是基于微波电离直接产生原子氧，在非物理接触条件下针对光学元件介质膜层表面指纹污染物的清除系统。将装置样品仓保持在一定真空度，使氧气在微波作用下发生电离产生原子氧和离子氧，并且在He气氛围的保护下和光学膜层表面的有机物发生作用，产生的CO、CO2、H2O以气体形式离开膜层表面，达到清洁作用，元件介质膜层则不和原子氧发生相互作用，保留优质的光学特性，同时真空机构产生的气流将清除过程中产生的杂物排出系统，不会造成二次污染，克服了现有技术中存在二次污染的可能性。可见，该系统是一种非接触式清洁系统，可以在不影响介质功能的情况下对膜层表面指纹污染进行有效清洁。真空机构主要由真空泵、插板阀、真空规和真空计构成，并且通过波纹管同时与真空泵和样品仓内部连通，插板阀设置在波纹管和真空泵之间并同时与波纹管和真空泵连接，插板阀能够完全封闭波纹管的横截面，并且通过插板阀的开合对波纹管的开闭程度进行控制，将气压稳定在特定范围内，达到原子氧电离的最佳条件。真空规设置在真空泵和样品仓之间，且真空规与波纹管内部连接，真空规和真空计连接，将检测到的数据通过电信号传递出去，而且在样品仓中设置有上电极和下电极，上电极设置在下电极正上方，上电极和下电极之间设置有空隙，微波加载过程通过上电极和下电极完成，样品放置在上下电极之间，受清洁面朝上。上电极和下电极之间保持电隔离，上电极与微波源连接，且下电极与样品仓外部接地，在两个电极之间的样品膜层附近形成微波振荡。气体流量控制系统包括流量阀一和流量阀二，流量阀一同时与氧气源和样品仓连接，流量阀二同时与惰性气体气源和样品仓连接。流量阀是用于控制氧气和惰性气体分别的注入速度，从而控制两种气体在仓内氛为中的含量比值，达到最适合氧气电离和原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，其特征在于，包括样品仓（4），所述样品仓（4）外部设置有微波源（5）、真空机构、气体流量控制系统（2）、氧气源（1）和惰性气体气源（3），氧气源（1）和惰性气体气源（3）均与气体流量控制系统（2）连接，微波源（5）、真空机构和气体流量控制系统（2）均与样品仓（4）内部连通。

【技术特征摘要】
1.基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，其特征在于，包括样品仓（4），所述样品仓（4）外部设置有微波源（5）、真空机构、气体流量控制系统（2）、氧气源（1）和惰性气体气源（3），氧气源（1）和惰性气体气源（3）均与气体流量控制系统（2）连接，微波源（5）、真空机构和气体流量控制系统（2）均与样品仓（4）内部连通。2.根据权利要求1所述的基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，其特征在于，所述真空机构包括真空泵（6）、插板阀（7）、真空计（8）和真空规（10），真空泵（6）连通有波纹管（9），且波纹管（9）与样品仓（4）内部连通，插板阀（7）设置在波纹管（9）和真空泵（6）之间并同时与波纹管（9）和真空泵（6）连接，并且通过插板阀（7）的开合对波纹管（9）内部的开闭程度进行控制，真空规（10）设置在真空泵（6）和样品仓（4）之间，且真空规（10）的一端设置在波纹管（9）中，真空规（10）与真空计（8）连接，且插板阀（7）与真空规（10）连接。3.根据权利要求2所述的基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，其特征在于，所述样品仓（4）中设置有上电极和下电极，上电极设置在下电极正上方，上电极和下电极之间设置有空隙，上电极与微波源（5）连接，且下电极与样品仓（4）外部接地。4.根据权利要求3所述的基于微波电离的介质膜层表面污染清除系统，其特征在于，所述气体流量控制系统（2）包括流量阀一和流量阀二，流量阀一同时与氧气源（1）和样品仓（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：任攀，吴凡，张家雷，王伟平，张宁，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51