CN108328935A - 交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置及处理方法,通过位置控制单元将平行电极板放置在储液槽内,将提拉臂的一端通过升降单元连接在第一丝杠的第一滑块上,通过控制第一伺服电机使提拉臂沿横臂梁移动至储液槽上方,将连接光学元件连接在提拉臂上,通过升降单元将待处理光学元件移动至储液槽内的平行电极板之间;在储液槽内注入刻蚀液;接通电源开关,通过交变电源使平行电极板间产生交变电场,同时开始光学元件表面蚀刻处理过程。本发明的装置能够对熔石英光学元件蚀刻处理过程中的化学反应进程进行有效控制,装置结构简单、价格便宜,运行时无噪声污染。
Description
技术领域
本发明属于光学元件表面处理技术领域,具体涉及一种交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置及处理方法。
背景技术
在光学产业应用中,大量的光学元件是构成光学传输通道的基本载体。光学元件的表面质量直接影响着其传导光束的光束质量。表面质量较差的光学元件,其光学散射多,光学透过率低,且导致传导光束间产生位相差,从而大大降低了传导光束的光束质量。特别是对大型激光装置而言,其内部的光学元件大多为米级的大尺寸熔石英光学元件。这些熔石英光学元件的表面质量,不但影响到传导高能激光的光束质量,还决定了光学元件自身抵抗高能激光诱导损伤的能力。
为了改善熔石英光学元件的表面质量,特别是提升元件自身抗激光损伤的能力,目前已发展出了利用超声或兆声辅助氢氟酸缓冲液(或盐酸、硝酸混合溶液等)对熔石英光学元件进行表面蚀刻处理的方法及相应设备。国内也发展出了针对熔石英光学元件表面蚀刻处理的改进方法,超声或兆声声场是由高频振动的振源激发,并引起振源周围介质振动而形成的。振源的振动能量经介质传递到光学元件表面进而对表面蚀刻反应过程产生影响。引入超声或兆声进行辅助蚀刻的方法,能够增强化学蚀刻反应的活性,促进反应产物的扩散,有效避免反应产物再次沉积于光学元件表面。已有的研究表明,应用超声辅助酸蚀刻方法对熔石英光学元件进行表面处理,能够改善元件的表面质量,并能够大幅度提升光学元件自身抗激光损伤的能力。但当前超声辅助酸蚀刻方法缺乏对蚀刻处理过程中的化学反应进程进行有效控制的措施,超声辅助酸蚀刻设备价格昂贵,设备在启停或运行时易产生较大的噪声污染。
发明内容
为了克服超声或兆声辅助蚀刻方法存在的问题,本发明提供一种全新的应用交变电场辅助对熔石英光学元件进行表面蚀刻处理的装置及处理方法,该装置利用交变电场直接影响酸蚀处理过程中各类离子的运动方式来调控化学蚀刻进程,与常规的超声或兆声辅助蚀刻方法在原理上有本质区别。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,包括:
支撑架,其底部连接有底板;所述底板上设置有底板导轨;
横臂梁,其连接在支撑架的顶部并与支撑架垂直;所述横臂梁上设置有导槽,所述导槽内设置有第一丝杆;
提拉臂,其一端连接待处理光学元件,另一端通过升降单元连接在第一丝杠的第一滑块上,所述第一丝杠连接第一伺服电机以带动第一丝杆转动进而控制提拉臂沿横臂梁移动;
储液槽,其内放置刻蚀液;所述储液槽的底部设置有可锁止的万向轮;所述万向轮可滑动连接在底板导轨上;
平行电极板,其通过位置控制单元放置在储液槽内,且使待处理熔石英光学元件位于平行电极板之间;
交变电源,其通过电源开关和导线与平行电极板连接;
其中,待处理光学元件连接在提拉臂上,通过控制第一伺服电机将待处理光学元件移动至储液槽上方,然后通过升降单元将待处理光学元件移动至储液槽内的平行电极板之间。
优选的是,所述提拉臂为硬质空心连杆,所述升降单元包括连接在第一滑块上的第二伺服电机和与第二伺服电机连接的第二丝杆,所述硬质空心连杆的一端连接在第二丝杆的第二滑块上。
优选的是,所述提拉臂为柔性连接绳,所述升降单元包括连接在第一滑块上的第二伺服电机和连接在第二伺服电机的电机轴上的绕线轮,所述柔性连接绳的一端连接在绕线轮上。
优选的是,所述提拉臂的末端设置有用于连接待处理熔石英光学元件的夹持件;所述夹持件表面涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
优选的是,所述储液槽的外壁下端配置截流止回阀;所述储液槽的内壁上涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
优选的是,所述位置控制单元的结构包括:U型架,其支臂上通过夹具套设平行电极板;所述U型架的支臂为螺纹杆,所述螺纹杆上设置用于平行电极板限位的螺母;所述夹具表面涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
优选的是,所述平行电极板上涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
本发明还提供一种利用上述的刻蚀处理装置进行刻蚀处理的方法,包括以下步骤:
步骤一、将储液槽放置在底板导轨上;通过位置控制单元将平行电极板放置在储液槽内,且使平行电极板之间的间距为5~15cm;
步骤二、将提拉臂的一端通过升降单元连接在第一丝杠的第一滑块上,通过控制第一伺服电机带动第一丝杆转动进而控制提拉臂沿横臂梁移动至储液槽上方,将连接光学元件连接在提拉臂的另一端,然后通过升降单元将待处理光学元件移动至储液槽内的平行电极板之间;通过控制第一伺服电机对待处理熔石英光学元件的左右位置进行调整;然后在储液槽内注入刻蚀液;
步骤三、接通电源开关,通过交变电源使平行电极板间产生交变电场,同时开始光学元件表面蚀刻处理过程;待表面蚀刻处理过程进行到一定程度后,断开电源开关,通过升降单元将光学元件提升至储液槽液面上方,结束表面蚀刻处理过程。
优选的是,所述步骤三中,所述交变电源的交变电流频率为1000Hz~1MHz,电流为1~20A,电压为220~360V;表面蚀刻处理过程的时间为0.5~24h。
优选的是,所述蚀刻溶液为氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液。
本发明至少包括以下有益效果:通过该装置可以方便有效的将光学元件置于平行电极板之间,同时利用交变电场直接影响酸蚀处理过程中各类离子的运动方式来调控化学蚀刻进程,能够更加方便的实现对光学元件表面的处理,且本发明的装置能够对熔石英光学元件蚀刻处理过程中的化学反应进程进行有效控制,装置结构简单、价格便宜,运行时无噪声污染。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明:
图1为本发明交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置的结构示意图;
图2为本发明升降单元的结构示意图;
图3为本发明另一种升降单元的结构示意图;
图4为本发明位置控制单元的结构示意图;
图5为本发明位置控制单元的另一种结构示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1~3示出了本发明的一种交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,包括:
支撑架1,其底部连接有底板101;所述底板101上设置有底板导轨12;
横臂梁2,其连接在支撑架1的顶部并与支撑架1垂直;所述横臂梁2上设置有导槽,所述导槽内设置有第一丝杆21;
提拉臂5,其一端连接待处理光学元件8,另一端通过升降单元4连接在第一丝杠21的第一滑块22上,所述第一丝杠21连接第一伺服电机3以带动第一丝杆21转动进而控制第一滑块22上的提拉臂5沿横臂梁2移动;
储液槽6,其内放置刻蚀液;所述储液槽6的底部设置有可锁止的万向轮11;所述万向轮11可滑动连接在底板导轨12上;
平行电极板7,其通过位置控制单元9放置在储液槽6内,且使待处理熔石英光学元件8位于平行电极板7之间;
交变电源13,其通过电源开关14和导线15与平行电极板7连接;
其中,待处理光学元件8连接在提拉臂5上,通过控制第一伺服电机3将待处理光学元件8移动至储液槽6上方,然后通过升降单元4将待处理光学元件8移动至储液槽6内的平行电极板7之间,其中,平行电极板的面积要能完全覆盖待蚀刻处理的光学元件;平行电极板连接交变电源,打开交变电源开关,使平行电极板间产生交变电场,随即进行光学元件表面蚀刻处理,待蚀刻处理一定时间后,关闭交变电源开关,取出光学元件,完成表面蚀刻处理过程。
在上述技术方案中,如图2所示,所述提拉臂5为硬质空心连杆51,所述升降单元4包括连接在第一滑块22上的第二伺服电机23和与第二伺服电机23的电机轴连接的第二丝杆24,所述硬质空心连杆51的一端连接在第二丝杆24的第二滑块25上;该结构中,第二伺服电机23的电机轴与支撑架平行设置;采用这种方式,通过控制第二伺服电机23的电机轴转动,带动第二丝杆24转动,而螺纹连接在第二丝杆24上的第二滑块25则上下移动,从而带动硬质空心连杆51上下移动。
在上述技术方案中,如图3所示,所述提拉臂5为柔性连接绳52,所述升降单元4包括连接在第一滑块22上的第二伺服电机23和连接在第二伺服电机23的电机轴上的绕线轮26,所述柔性连接绳52的一端连接在绕线轮26上;该结构中,第二伺服电机23的电机轴与支撑架垂直设置;采用这种方式,通过控制第二伺服电机23的电机轴转动,带动绕线轮转动,从而带动柔性连接绳52缠绕在绕线轮上,进而实现光学元件的上下移动。
在上述技术方案中,所述提拉臂5的末端设置有用于连接待处理熔石英光学元件的夹持件53;采用这种方式,能够方便快捷的实现对光学元件的连接;所述夹持件表面涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
在上述技术方案中,所述储液槽6的外壁下端配置截流止回阀10;所述储液槽的内壁上涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。采用这种方式,通过截流止回阀释放刻蚀液。
在上述技术方案中,如图4~5所示,所述位置控制单元9的结构包括:U型架91,其支臂911上通过夹具912套设平行电极板7;所述U型架91的支臂911为螺纹杆,所述螺纹杆上设置用于平行电极板限位的螺母913;采用这种方式,可以方便的将平行电极板固定在储液槽内,并且通过螺纹杆和螺母可以方便的固定和调整平行电极板的位置;所述夹具912表面涂覆抗酸碱腐蚀的涂层,由于蚀刻溶液为酸性(如氢氟酸)或碱性溶液(如氢氧化钠),采用这种方式,可以避免其与蚀刻溶液间发生化学反应。
在上述技术方案中,所述平行电极板上涂覆抗酸碱腐蚀的涂层,可采用特氟龙涂层,由于蚀刻溶液为酸性(如氢氟酸)或碱性溶液(如氢氧化钠),采用这种方式,可以避免其与蚀刻溶液间发生化学反应。
实施例1:
一种利用上述的刻蚀处理装置进行刻蚀处理的方法,包括以下步骤:
步骤一、将储液槽放置在底板导轨上;通过位置控制单元将平行电极板放置在储液槽内,且使平行电极板之间的间距为5~15cm;
步骤二、将提拉臂的一端通过升降单元连接在第一丝杠的第一滑块上,通过控制第一伺服电机带动第一丝杆转动进而控制提拉臂沿横臂梁移动至储液槽上方,将连接光学元件连接在提拉臂的另一端,然后通过升降单元将待处理光学元件移动至储液槽内的平行电极板之间;通过控制第一伺服电机对待处理熔石英光学元件的左右位置进行调整;然后在储液槽内注入刻蚀液;
步骤三、接通电源开关,通过交变电源使平行电极板间产生交变电场,同时开始光学元件表面蚀刻处理过程;待表面蚀刻处理过程进行到一定程度后,断开电源开关,通过升降单元将光学元件提升至储液槽液面上方,结束表面蚀刻处理过程;
所述步骤三中,所述交变电源的交变电流频率为1000Hz~1MHz,电流为1~20A,电压为220~360V;表面蚀刻处理过程的时间为0.5~24h;所述蚀刻溶液为氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,包括:
支撑架,其底部连接有底板;所述底板上设置有底板导轨;
横臂梁,其连接在支撑架的顶部并与支撑架垂直;所述横臂梁上设置有导槽,所述导槽内设置有第一丝杆;
提拉臂,其一端连接待处理光学元件,另一端通过升降单元连接在第一丝杠的第一滑块上,所述第一丝杠连接第一伺服电机以带动第一丝杆转动进而控制提拉臂沿横臂梁移动;
储液槽,其内放置刻蚀液;所述储液槽的底部设置有可锁止的万向轮;所述万向轮可滑动连接在底板导轨上;
平行电极板,其通过位置控制单元放置在储液槽内,且使待处理熔石英光学元件位于平行电极板之间;
交变电源,其通过电源开关和导线与平行电极板连接;
其中,待处理光学元件连接在提拉臂上,通过控制第一伺服电机将待处理光学元件移动至储液槽上方,然后通过升降单元将待处理光学元件移动至储液槽内的平行电极板之间。
2.如权利要求1所述的交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,所述提拉臂为硬质空心连杆,所述升降单元包括连接在第一滑块上的第二伺服电机和与第二伺服电机连接的第二丝杆,所述硬质空心连杆的一端连接在第二丝杆的第二滑块上。
3.如权利要求1所述的交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,所述提拉臂为柔性连接绳,所述升降单元包括连接在第一滑块上的第二伺服电机和连接在第二伺服电机的电机轴上的绕线轮,所述柔性连接绳的一端连接在绕线轮上。
4.如权利要求1所述的交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,所述提拉臂的末端设置有用于连接待处理熔石英光学元件的夹持件;所述夹持件表面涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
5.如权利要求1所述的交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,所述储液槽的外壁下端配置截流止回阀;所述储液槽的内壁上涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
6.如权利要求1所述的交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,所述位置控制单元的结构包括:U型架,其支臂上通过夹具套设平行电极板;所述U型架的支臂为螺纹杆,所述螺纹杆上设置用于平行电极板限位的螺母;所述夹具表面涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
7.如权利要求1所述的交变电场辅助光学元件表面刻蚀处理装置,其特征在于,所述平行电极板上涂覆抗酸碱腐蚀的涂层。
8.一种利用如权利要求1所述的刻蚀处理装置进行刻蚀处理的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将储液槽放置在底板导轨上,通过位置控制单元将平行电极板放置在储液槽内,且使平行电极板之间的间距为5~15cm;
步骤二、将提拉臂的一端通过升降单元连接在第一丝杠的第一滑块上,通过控制第一伺服电机带动第一丝杆转动进而控制提拉臂沿横臂梁移动至储液槽上方,将连接光学元件连接在提拉臂的另一端,然后通过升降单元将待处理光学元件移动至储液槽内的平行电极板之间;通过控制第一伺服电机对待处理熔石英光学元件的左右位置进行调整;在储液槽内注入刻蚀液;
步骤三、接通电源开关,通过交变电源使平行电极板间产生交变电场,同时开始光学元件表面蚀刻处理过程;待表面蚀刻处理过程进行到一定程度后,断开电源开关,通过升降单元将光学元件提升至储液槽液面上方,结束表面蚀刻处理过程。
9.如权利要求8所述的利用刻蚀处理装置进行刻蚀处理的方法,其特征在于,所述步骤三中,所述交变电源的交变电流频率为1000Hz~1MHz,电流为1~20A,电压为220~360V;表面蚀刻处理过程的时间为0.5~24h。
10.如权利要求8所述的利用刻蚀处理装置进行刻蚀处理的方法,其特征在于,所述蚀刻溶液为氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液。
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