激光清洗光学元件表面污染的机理与应用研究

发布时间：2017-08-05 05:07

  本文关键词：激光清洗光学元件表面污染的机理与应用研究

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【摘要】：激光清洗技术是利用激光与物质通过直接或者间接的相互作用,将污染物从待清洗物体表面去除,来达到清洗的目的。激光清洗技术具有很多优势,它能够通过调节激光参数来清洗不同的污染物,适用范围广,且清洗效率高、无污染、成本低、能够清洗微米及亚微米的颗粒污染物。在大型高功率固体激光装置中,光学元件受到颗粒、油脂类污染物污染后,降低了光学元件的损伤阈值,严重影响激光最终输出通量,所以有必要对其表面的污染进行清洗。而传统的清洗技术很难将细小的颗粒污染物去除,本文针对光学元件的污染情况,选取K9玻璃表面污染物的清洗作为研究对象,进行了理论分析和实验研究,目的是找到最佳的清洗参数。通过激光干式清洗法、激光等离子体冲击波清洗法对K9玻璃表面的颗粒污染物进行了清洗,作为对比,本文还采用了射频等离子体清洗法对K9玻璃表面的颗粒和油脂类污染物进行清洗,采用光学显微镜、紫外-可见近红外分光光度计、图像分析软件、表面颗粒仪对其清洗效果进行了分析,主要研究内容和结论如下:(1)采用波长为355nm的脉冲激光对K9玻璃表面上的灰尘颗粒和Al2O3颗粒进行直接辐照清洗,并检测其清洗效果,分析了光斑面积、激光能量、作用发次对清洗效果的影响,获得了激光干式清洗K9玻璃表面灰尘污染物的最佳工艺参数为:光斑面积3.4 mm2,激光能量密度约为4.3 J/cm2,作用发次为5发。此参数清洗既有较好的清洗效果,又不会对K9玻璃基底产生损伤,且可以实现定点清洗,能够有效清除微米级甚至亚微米级污染物。(2)使用激光诱导等离子体冲击波法清洗K9玻璃表面的灰尘颗粒,检测效果表明能取得较高的清洗效率,并获得清洗效率同作用距离、清洗发次的关系曲线,清洗效率和清洗面积随着距离的增大迅速减小,清洗效率随着发次的增加而增加。当激光聚焦点离待清洗物基底表面的距离为1.0mm、激光作用发次为10发次时,达到最佳的清洗效率。(3)进行射频等离子体清洗K9玻璃表面二灰尘颗粒和机油污染物,分析了其清洗效果,并与激光清洗做了对比,在清洗颗粒物方面,其清洗效率不如后者,但是射频等离子体在清洗油脂污染时具有很好的效果,可为激光清洗做补充。
【关键词】：激光清洗 等离子体冲击波 颗粒污染 清洗效率
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究工作的背景与意义10-14
• 1.1.1 技术需求10-13
• 1.1.2 研究意义和目的13-14
• 1.2 激光清洗国内外研究历史与现状14-18
• 1.2.1 国外发展历程14-17
• 1.2.2 国内激光清洗技术研究现状17-18
• 1.3 本论文的研究内容与结构安排18-19
• 第二章 激光清洗光学元件表面污染物的理论基础19-36
• 2.1 颗粒污染物与基片粘附力19-26
• 2.1.1 范德华力19-22
• 2.1.2 其它几种吸附力形式22-23
• 2.1.3 颗粒的吸附形变23-26
• 2.2 干式激光清洗的原理及其理论模型26-29
• 2.2.1 干式激光清洗机理简介26-27
• 2.2.2 干式激光清洗的理论模型27-29
• 2.3 湿式激光清洗的原理及其理论模型29-31
• 2.4 激光诱导等离子冲击波清洗的原理及其理论模型31-34
• 2.4.1 激光等离子冲击波清洗的机理简介31
• 2.4.2 激光等离子冲击波清洗的理论模型31-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 激光直接辐照清洗K9玻璃表面污染物36-45
• 3.1 实验准备和操作36-37
• 3.2 实验设备37-38
• 3.3 355nm激光清洗K9表面灰尘和Al2O338-44
• 3.3.1 清洗前的检测效果39-41
• 3.3.2 实验过程及结果41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 激光诱导等离子体冲击波清洗K9玻璃表面污染物45-53
• 4.1 实验操作45-46
• 4.2 实验结果及分析46-51
• 4.3 本章小结51-53
• 第五章 射频等离子清洗K9玻璃表面污染物53-64
• 5.1 等离子清洗的基本原理53
• 5.2 实验准备和操作53-56
• 5.3 等离子清洗K9玻璃表面污染物56-62
• 5.3.1 灰尘颗粒的清洗56-60
• 5.3.2 机油清洗60-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第六章 全文总结与展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间取得的成果70-71

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