对光学元件进行清洁可提升其性能,只要采用恰当的材料、技术以及处理方法,并严格控制以降低受损风险即可。

清洁光学元件:选择最佳方法

光学元件可能会以多种方式受到污染。通过在使用后将光学元件放回其包装盒中,或者对其进行遮盖以防止其受到外界环境的影响,可以将污染程度控制在最低限度。然而,即便采取了所有这些预防措施,光学元件最终仍会积聚灰尘、污渍或其他形式的污染物。

光学表面检查
在检查过程中,所有光学元件都必须在可用的最清洁区域进行处理(最好是在洁净室或层流工作台上)。始终要穿戴适当的设备,如无粉洁净室手套或手指套,以避免油脂和油污转移到光学元件上。清洁光学元件将需要使用镜头擦拭纸、无尘吹风机、止血钳、棉签、棉签头、试剂级丙酮和甲醇。这些材料必须是干净的,以避免在光学元件上留下任何痕迹。也可以使用试剂级异丙醇代替丙酮。
不正确的清洁方法会造成划痕
专业提示:在黑暗的背景下清洁光学,这样可以更有效地看到和消除灰尘。
光学性能的评估有以下两种方式:
  • 如果该光学元件被用于基于激光的系统中,那么光学元件上的污渍可能会导致光学元件散射激光光线,从而降低光功率,并使光学元件“发光”。
  • 还可以通过将光学元件置于明亮光源下,并从不同角度仔细观察的方式来对其进行目视检查。这样,光线会因与污染物发生散射而照亮这些污染物,从而使观察者能够看到各种污渍和灰尘颗粒。
清洗方法
1) 吹气法
切勿用未戴防护手套的手去接触光学元件的表面!务必始终佩戴无粉末手套或指套。清洁任何类型的光学元件的第一步是通过使用无尘吹风机(使用干燥的氮气或二氧化碳吹风机)或驼毛刷将表面的灰尘或松散的颗粒吹掉。这样可以减少在实际清洁过程中对光学元件造成刮伤的可能性。不建议使用其他加压气体产品,因为推进剂可能会以液滴的形式释放到元件表面。
注意:对于裸金属、软涂层以及薄膜这类表面,此为唯一允许的清洁方法。此类表面切勿触碰。
在清洁精密光学元件时,必须小心谨慎。在此处,棱镜是通过其磨砂表面被固定住的
2) 拉拽式操作方法
在这一过程中,必须将光学元件从其所在的支架上取下,并放置在洁净室环境中。在很多情况下,先清洁光学元件的边缘是有益的,这样可以防止灰尘或多余的抛光剂沾染到已抛光的表面。
  • 先用吹气法。
  • 将一滴甲醇或试剂级丙酮滴在透镜纸巾的侧面。另一只手抓住镜片的边缘。
  • 轻轻地将纸巾湿润的部分贴在镜片上。
  • 轻轻地将镜片清洁纸沿着镜片表面来回擦拭,保持均匀的压力,直至镜片和清洁纸都干燥为止。
  • 如有需要,可使用新的镜片护理纸重复上述步骤。
注意:请务必小心,切勿将一块带灰尘的纸巾拖过表面,因为这可能会刮伤表面。
3)擦拭方法
如果光学部件无法从其固定位置取出,或者需要进行更彻底的清洁,那么接下来的步骤就是使用镜头专用纸巾配合甲醇和丙酮来进行擦拭。
  • 先用吹气法。
  • 将一张镜片纸对折,形成一个比光学元件尺寸稍长一点的折边。止血钳特别适合用来牢固地固定折叠好的纸张。
  • 用丙酮将纸巾的折叠边缘浸湿。
  • 用镜头专用纸巾以连贯的动作擦拭镜头。在擦拭时施加一定压力,以去除顽固污渍。
重复此过程,每次都要使用新的镜头纸,以确保不会在光学元件上留下任何污染物。最后用甲醇擦拭一次是推荐的做法,因为甲醇不会像丙酮那样在表面留下条纹。异丙醇也有效,但它也会像丙酮一样留下条纹。对于暴露在颗粒中的激光光学元件(在不受控环境或真空室之外),通常使用这种方法来清洁会更好。如果光学元件的尺寸非常小,可以用棉签代替镜头纸,按照同样的步骤操作。
注意:在使用前,务必先用丙酮或酒精将纸巾浸湿。切勿来回擦拭表面,否则会增加表面划痕或涂层受损的可能性。
4)水浴法
对于尺寸较小的光学元件,或者那些清洁要求比擦拭法更低的光学元件,可以采用浸没清洗的方法进行清洁。
  • 在这种方法中,一个培养皿内铺上一层透镜状的薄纸,并注入甲醇。
  • 放入培养皿后,用浸湿的棉球轻轻清洁光学元件。
  • 擦拭后,搅拌培养皿几分钟。
  • 用丙酮代替甲醇重复步骤1到3。
  • 接下来,从培养皿中取出光学元件并吹干。
  • 如果是因为吹干而出现污渍,那就按照上面所述的拖曳法来处理即可。
注意:切勿将此方法应用于已胶合或已安装的光学元件。金属涂层的硬度和耐久性各不相同,因此在使用时务必极其谨慎。
5)肥皂溶液法
如果光学元件上存在油脂(如指纹等)这类污染物,甲醇和丙酮则会倾向于将油脂重新分布开来。在这种情况下,需要使用肥皂溶液来清洁光学元件。所用的肥皂溶液应为无研磨性、温和且不含任何添加剂的溶液。(绿色肥皂在此效果很好。)
  • 先用吹气法。
  • 使用肥皂溶液进行清洁,可以采用擦拭法或浸泡法。
  • 在培养皿中用去离子水彻底冲洗干净。
  • 接下来应该使用甲醇和丙酮进行清洁(可以采用擦拭法或浸泡法)。
  • 冲洗完毕后,用无尘吹风机吹干以去除所有水分。
6)超声波清洗法
另一种清洁方法是使用超声波清洗槽。这种方法与水浴法相同,只是所有的培养皿都放入超声波清洗槽中约一分钟。请注意,即使有介电涂层,使用超声波清洗槽也可能导致涂层在附着力最弱的边缘部位剥落。
超声波清洗是一种自动化多步骤的水基处理工艺,用于在涂层前对基材进行清洁
溶剂
从历史上看,诸如反射镜和分束器之类的光学元件都是通过手工方式进行清洁的,所使用的工具包括无绒光学擦拭布以及试剂级的丙酮或其他液体溶剂,如甲醇、乙醇、97% 纯度的异丙醇、甲乙酮(MEK)或二氯甲烷(MEC)。某些无机酸,如三氯乙烯(TCE)、氢氟酸(HF)和盐酸(HCl),可以用于未涂层的硅片,而硝酸则可用于锗基底。然而,酸性溶液绝不应用于涂层或未涂层的锌硫化物(ZnS)或锌硒化物(ZnSe)元件。
丙酮非常擅长溶解油脂,但它干燥得很快,因此在使用时必须戴上不透丙酮的防护手套。一般来说,异丙醇是一种安全且有效的清洁剂——但不适用于清洁铝涂层。因为酒精会与铝发生反应,所以绝不能将其用于有保护层或裸露的铝涂层的镜子上。甲醇以及大多数酸性溶液如果使用不当,可能会对光学元件或涂层造成毒性或损害,因此在使用时应务必遵循制造商提供的说明。
液态二氧化碳是一种新型技术,可用于去除光学波导、电光设备、硅片以及各种生物医学、航空航天和半导体组件中的油污和微小颗粒。该过程会将精确控制且经过净化的喷雾与暖风循环交替喷射到光学表面。由于二氧化碳无腐蚀性且相对无毒,因此比许多传统溶剂更安全,但需要采用非传统工艺,并且需要在无湿气且受控的工作环境中进行操作,因此可能会产生额外的费用。然而,从长远来看,它可能会成为一种成本更低且更有效的实现超清洁表面的方法,甚至可能产生具有更高抗损伤阈值的涂层。
储存条件
一旦清洁好光学部件,将其放入将要使用的支架中,或者用镜头纸将其包裹起来,然后立即放入其专用容器中。应使用聚碳酸酯/聚四氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯的盒子作为合适的容器,在洁净室环境中使用。室温应保持在 15 至 25 摄氏度(60 至 80 华氏度)之间。理想情况下,应控制湿度并将其保持在 30%以下。
注意:请勿使用聚丙烯盒子。研究表明,存储盒中的永久性气体释放会导致产品吸附现象,从而对涂覆光学元件的激光抗性产生不利影响。