透明基板表面微粒子及纳米粒子的激光清洗机理及条件 _纳米

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长三角G60激光联盟导读
本研究对激光干洗去除透明光学元件表面的微米/纳米颗粒进行了理论和实验研究。
摘要
微/纳米颗粒污染是激光导致光学元件损坏的主要原因。本研究对激光干洗去除透明光学元件表面的微米/纳米颗粒进行了理论和实验研究。在激光正向和反向照射下，研究了颗粒的激光调制、相应的温度和热应力分布、相变特性、颗粒清洁力以及克服粘附的机理。研究了电磁力对颗粒清洗效果的影响。获得了清洗微米/纳米颗粒的条件和激光参数范围。
1、介绍
在空气或真空中，大型高功率激光装置的光学元件被污染物污染，大大降低了其负载能力，并对光学元件造成损坏。因此，纳米颗粒清洗已成为组件制造和加工的关键步骤。传统的清洗方法，如化学清洗、超声波清洗和机械清洗，不仅会损坏基板，而且在去除纳米颗粒方面无效。激光清洗是一种非机械接触表面清洗技术，具有效率高（98%）、污染低和应用范围广（金属工艺品、飞机蒙皮、光学元件等）的优点。该技术对清洁纳米颗粒非常有效。该技术可应用于空气、稀有气体和真空环境，并可实现无损清洗。

在熔融石英捕集器上对ISBE颗粒附近的基板进行蚀刻，揭示了接近颗粒撞击的小闭合裂缝：（a）预蚀刻扫描光学显微镜图像；（b）蚀刻后扫描光学显微镜图像；（c）蚀刻后SEM图像。
现有的激光清洗机理表明，如果颗粒和基板强烈吸收激光，热膨胀力将更大，这将导致颗粒易于去除，并产生更好的清洗效果。有几项研究集中在不透明基质上。对于透明基底，颗粒的去除主要基于颗粒的热力学变化。光场的调制和颗粒的相变会影响清洗效果。因此，清洁透明基板的激光参数和条件更为严格。在这方面，研究人员通过建立考虑颗粒对激光散射调制的影响的颗粒热膨胀三维模型，获得了更准确的颗粒清洁条件。事实上，粒子会调节光场，从而导致光场不均匀，从而产生光力。

在248 nm处用30 ns脉冲（激光光斑宽度：约2 mm）进行激光辐照后，使铁上的腐蚀变黑。
在本研究中，使用改进的三维模型来考虑空气中激光清洗的最佳去除条件。在考虑温度、应力和光场分布的基础上，通过分析附着在透明基板前后表面的不同尺寸颗粒的激光清洗机理以及光力对清洗阈值的影响，改进了激光清洗的理论机理，这为高功率光学元件中纳米粒子污染物的去除提供了更准确的参考阈值范围。
实验装置如图1所示。激光模式为TEM00 ，脉冲宽度为12 ns ，脉冲频率为1 Hz 。使用分束器（透射光与反射光的能量比为8:2）将光束一分为二。反射激光连接到能量计进行能量检测，透射激光通过焦距为200 mm的透镜聚焦在涂有氧化铝颗粒的样品背面。离焦量为30mm 。测量样品上的激光束半径为2.5 mm 。使用三维移动平台夹紧样品，并逐点照射样品。

透明基板表面微粒子及纳米粒子的激光清洗机理及条件

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