CN110712094B - 降低离子束抛光光学元件表面污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，1)将离子束抛光设备中用以对光学元件进行夹持的夹具的外侧采用高温胶带进行贴封处理；2)将光学元件安装在夹具后，对光学元件和夹具的表面进行清洁处理，随后放入离子束抛光设备的副腔室内，最后将光学元件送至离子束抛光设备的主腔室内；3)安装离子源，离子源的栅网采用溅射率低于金属银溅射率的栅网；4)开启离子束抛光设备，启动离子源，使用法拉第杯测量离子源发出的离子束电流，待离子源运行一定设定时间t稳定后，对光学元件进行离子束抛光。采用该方法，离子束加工后光学元件表面洁净，有效抑制污染，提高加工质量。

Description

降低离子束抛光光学元件表面污染的方法
技术领域
本发明涉及精密制造技术领域，尤其涉及一种降低离子束抛光光学元件表面污染的方法。
背景技术
离子束抛光通常用于超精密光学元件的最终加工，是一种去除精度达到原子级别的抛光技术，被认为是加工精度最高，修形效果较好的光学元件修形技术。
在离子束抛光的过程中，具有一定能量和空间分布的离子束流轰击光学元件表面，利用轰击时发生的物理溅射效应去除光学元件表面材料，达到修正面形误差的目的，加工精度达到纳米级。离子束抛光的材料去除机理决定了离子束抛光具有加工精度高、确定性好、非接触式加工和高斯形去除函数的特点。
由于光学元件表面存在微纳级缺陷、划痕时，可采用离子束抛光的方法，在光学元件表面等速均匀去除一定厚度的光学基体材料。但在使用离子束抛光对光学元件进行刻蚀抛光时，光学元件表面会存在一定的污染，有时会有黑色杂质存在，抛光加工后，由于杂质的存在，导致其光学性能主要是透过率降低，严重影响后期使用。
针对上述问题，本发明对离子束抛光后的杂质进行了深入分析，给出了有效的抑制方法，从根本上解决污染问题，提高光学元件表面质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种抑制光学元件表面污染以提高透过率的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将离子束抛光设备中用以对光学元件进行夹持的夹具的外侧采用高温胶带进行贴封处理；
2)将光学元件安装在夹具后，对光学元件和夹具的表面进行清洁处理，随后放入离子束抛光设备的副腔室内，最后将光学元件送至离子束抛光设备的主腔室内；
3)安装离子源，离子源的栅网采用非金属栅网；
4)开启离子束抛光设备，启动离子源，使用法拉第杯测量离子源发出的离子束电流，待离子源运行一定设定时间t稳定后，对光学元件进行离子束抛光。
上述的所述高温胶带采用棕色耐高温的胶带，并对夹具外侧进行包裹，该高温胶带的耐温温度为270°～290°。棕色耐高温的胶带包裹在夹具的外侧，防止离子束接触夹具而对真空环境洁净度产生影响，由此改善离子束刻蚀抛光时光学元件表面洁净度的问题，从而防止光学元件表面出现杂质元素。
为了更好地防止离子束穿透高温胶带而接触到夹具，所述高温胶带的耐高温的温度为280°，该温度高于离子束温度，这样，更好地防止对离子束抛光设备主真空室内的真空环境净度产生影响，保证离子束抛光环境的洁净度。
为了防止离子束穿透高温胶带而接触到夹具，所述高温胶带的厚度为0.03～0.06mm。高温胶带的厚度大于0.06mm时，成本高，高温胶带厚度低于0.03mm，离子束容易穿透高温胶带且强度不够。
优选地，所述高温胶带的厚度为0.05mm。
高温胶带的材质选取有多种，优选地，所述高温胶带为聚酰亚胺薄膜材料制成的胶带。
优选地，运行时间t为1～1.5h，在离子源运动1h～1.5h稳定后对光学元件进行离子束抛光。
溅射率低的栅网有多种，如所述栅网采用石墨材质制成的栅网，还可以采用其他非金属材质制成的栅网。优选地，所述栅网采用C材质制成的栅网，具体采用溅射率为0.1的石墨栅网。
与现有技术相比，本发明的夹具上采用高温胶带进行贴封处理，有效防止了离子束轰击夹具而对离子束抛光设备内的真空室环境的洁净度产生影响，由此改善离子束刻蚀抛光时光学元件表面洁净度的问题，从而减少了光学元件表面杂质元素的出现；栅网采用溅射率低的栅网形式，有效防止栅网被溅射出杂质元素，从而降低了离子束抛光光学元件表面污染即有效抑制了光学元件表面污染，提高了加工质量。
附图说明
图1为本发明离子束抛光后表面有杂质的光学元件；
图2为光学元件表面杂质元素能谱图；
图3为本发明采用XRD方法分析杂质采样点谱图；
图4为本发明夹具进行高温胶带封贴处理后的结构示意图；
图5为离子源内的石墨栅网；
图6为本发明离子束抛光后洁净的光学元件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1至图3所示，本发明实施例将光学元件置于离子束抛光设备中而光学元件进行离子束抛光，离子束抛光后的光学元件，从真空腔室里取出，污染后表面有黑色杂质的样品图1所示。
采用X射线衍射仪(XRD)分析方法，对通过离子束抛光设备进行抛光后的光学元件的表面黑色杂质区域进行检测分析，以确定杂质元素的来源；图2为光学元件微观表面，其成分如图3所示，根据XRD所测得的曲线进行分析，可以看出杂质成分除了Si和O元素外，还有Fe、Al、C三种元素，由于抛光的光学元件主要是融石英，其成分含有Si和O元素，由此可知，确定杂质为金属杂质元素Fe和Al以及非金属杂质元素C；其中，金属杂质元素来源于离子束抛光设备内对光学元件进行夹持的夹具；非金属杂质元素来源于离子束抛光设备内离子源的栅网；
如图4至图6所示，本发明实施例的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法包括以下步骤：
1)将离子束抛光设备中用以对光学元件2进行夹持的夹具3的外侧采用高温胶带1进行贴封处理，参见图4所示；其中的高温胶带采用棕色耐高温的胶带，具体采用聚酰亚胺薄膜材料制成的胶带，该高温胶带的厚度为0.03mm～0.06mm，耐温温度为270°～290°，具体高温胶带的厚度为0.05mm，耐高温的温度为280°，该温度要大于离子束的温度；利用高温胶带对夹具3进行覆盖包裹，防止离子束轰击夹具3上而对真空环境洁净度产生影响，由此改善离子束刻蚀抛光时光学元件表面洁净度的问题，从而防止光学元件2表面出现杂质元素；
2)将光学元件2安装在夹具3后，对光学元件2和夹具3的表面进行清洁处理，随后放入离子束抛光设备的副腔室内，最后将光学元件送至离子束抛光设备的主腔室内；
3)安装离子源，离子源的栅网采用非金属栅网；其中，上述的非金属栅网通常采用非金属石墨碳材质制成的栅网；还可以采用Mo材质制成的栅网，其溅射率均低于金属银制成的栅网的溅射率，通常银的溅射率为2.7；在本实施例中，栅网采溅射率为0.1的高纯石墨栅网4，且石墨栅网中除了碳以外的其他杂质含量低于0.0005％；
上述的栅网采用通孔设计，使离子束能够直接通过栅网，不存在遮挡，减少轰击栅网，减小溅射污染；平行离子束采用全口径微孔均匀分布，即在整个口径的范围内采用微孔，且微孔均匀分布；聚焦离子束选用的栅网中间区域采用微孔设计，并且采用具有弧度的栅网实现聚焦；
4)开启离子束抛光设备，启动离子源，使用法拉第杯测量离子源发出的离子束电流，待离子源运行一定时间t稳定后，对光学元件2进行离子束抛光。本实施例中，运行时间t取值为1h～1.5h，即在离子源运行时间1h～1.5h稳定后对光学元件2进行离子束抛光；
5)离子束抛光后，将光学元件2运回至副腔室，取出光学元件；如图6所示，经离子束抛光后的光学元件2的表面，清洁无污染。

Claims (8)

1.一种降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于包括以下步骤
1)将离子束抛光设备中用以对光学元件进行夹持的夹具的外侧采用高温胶带进行贴封处理，所述高温胶带采用棕色耐高温的胶带，所述高温胶带的厚度为0.03～0.06mm；
2)将光学元件安装在夹具后，对光学元件和夹具的表面进行清洁处理，随后放入离子束抛光设备的副腔室内，最后将光学元件送至离子束抛光设备的主腔室内；
3)安装离子源，离子源的栅网采用非金属栅网；
4)开启离子束抛光设备，启动离子源，使用法拉第杯测量离子源发出的离子束电流，待离子源运行一定设定时间t稳定后，对光学元件进行离子束抛光。
2.根据权利要求1所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：该高温胶带的耐温温度为270°～290°。
3.根据权利要求2所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：所述高温胶带的耐高温的温度为280°。
4.根据权利要求1所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：所述高温胶带的厚度为0.05mm。
5.根据权利要求2所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：所述高温胶带为聚酰亚胺薄膜材料制成的胶带。
6.根据权利要求1所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：运行时间t为1～1.5h，在离子源运动1h～1.5h稳定后对光学元件进行离子束抛光。
7.根据权利要求1所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：所述栅网采用C材质制成的栅网。
8.根据权利要求7所述的降低离子束抛光光学元件表面污染的方法，其特征在于：所述栅网采用溅射率为0.1的石墨栅网。
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