[发明专利]一种基于惰性离子束刻蚀的氚污染光学膜无损去除方法

说明书

本发明属于光学元件制造技术领域，具体涉及一种基于惰性离子束刻蚀的氚污染光学膜无损去除方法。针对现有技术中使用酸刻蚀去除氚污染的光学膜的缺点，本发明的技术方案是：首先测定与待去膜光学元件同工艺的光学膜厚度；然后标定离子束对元件表面光学膜的刻蚀速率；最后采用能量为100eV～1500eV，束流为100mA～500mA，离子束入射角度为‑90°～90°的惰性离子束对元件表面的氚污染光学膜进行准确刻蚀去除。采用本发明方法，可有效地解决现有酸刻蚀技术去除氚污染光学膜的不足，同时保证光学基底的表面质量、光学性能及抗激光损伤能力不受影响。

技术领域

本发明属于光学元件制造技术领域，具体涉及一种基于惰性离子束刻蚀的氚污染光学膜无损去除方法。

背景技术

能源对经济的发展和社会文明的进步扮演者至关重要的角色，经济与社会的发展很大程度上依赖于能源这一重要的基础。聚变能源是一种环保、可再生的新能源。激光驱动惯性约束聚变(ICF)是实现聚变能源的可能途径之一，是利用强激光加热核燃料产生高温高压等离子体以实现核聚变反应而释放出能量。高功率固体激光装置作为ICF的驱动器，包含大量的光学元件，如光栅、窗口、屏蔽片、透镜、放大片、偏振片、频率转换晶体，所使用材料包括熔石英、钕玻璃、BK7及KDP等，要求要有非常高的输出能力。然而，这些光学元件的反射率高达8％，激光经过光路上大量的光学元件后，严重地降低了传输到靶室的激光能量。为了减少传输过程中的能量损耗或实现一定的光学性能，大部分元件需要在表面镀制光学膜，如增透膜、高反膜、偏振膜、分光膜、波长分离膜等。此外，系统中的光学膜要求能够长期稳定地工作，且性能不能产生明显降低。

运行环境的洁净度对元件的负载能力的影响是一个长期累积的效应，环境中各种类型的污染物通过沉降、吸附等过程到达光学元件表面，造成光学膜污染。此外，高功率激光装置中使用过后的光学膜往往含有氚污染，难以处理。同时，光学膜经长期使用后会导致光学性能退化，激光损伤阈值降低，造成破坏性损伤。然而，大口径的光学基底非常昂贵，不能够直接扔弃，以免造成资源浪费和环境污染。因此，需要对下架光学元件表面的氚污染光学膜进行彻底去除，然后进行损伤点的修复，光学膜的重新镀制及循环使用。目前，用于氚污染光学膜去除的技术主要是酸刻蚀技术，酸刻蚀虽然能够快速、有效地去除元件表面的氚污染光学膜，但是也存在以下几个问题：酸刻蚀具有各向同性的特点，会导致杂质、缺陷向下复制，横向和纵向尺寸增加，粗糙度增加，表面质量恶化，且损伤区域的膜层不能彻底去除；反应产物SiF₆^2-易于沉积到光学基底表面，往往容易造成大面积的表面雾化；更严重的是，氚污染光学膜去除后，氚及氚的化合物溶于腐蚀液中，废液不易回收、处理，且处理成本很高、代价大，对环境和人体危害极大。以上不足不仅严重影响氚污染光学膜去除后基底的光传输特性，降低其抗激光损伤能力，还严重地限制了酸刻蚀技术在氚污染光学膜去除中的应用。

高功率激光装置中，光学元件表面氚污染光学膜彻底去除后，要求光学基底表面无污染，同时不影响基底的表面质量、光学性能及抗激光损伤能力，此外，能够方便、有效地处理氚污染物质，避免对环境和人体带来危害。目前，现有的除膜技术远不能满足上述要求。因此，迫切需要寻找一种高效、均匀、安全、可靠且环境友好的氚污染光学膜去除技术，同时不能降低光学基底的表面质量、光学性能及激光损伤阈值。

离子束刻蚀是通过含能离子轰击材料表面产生级联碰撞，从而将表面原子溅射出去，达到刻蚀的目的，去除材料表面。该方法刻蚀产物往往为非挥发性和挥发性产物的混合物，形态通常为挥发性的分子/原子态或分子/原子团簇，固体大分子团簇通常为非挥发性产物。非挥发性产物将沉积在真空腔室内壁，而挥发性产物可被持续运转的抽气系统抽走进入收集器。相比液态氚污染溶液，固态和气态氚污染物容易处理得多。