一種激光薄膜元件用光學基板的離子束刻蝕裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學基板的離子束刻蝕裝置及方法，尤其是涉及一種運用電子束蒸發鍍膜機內離子源進行的原位刻蝕裝置及方法，以實現去除基板的亞表面缺陷以及有效避免刻蝕過程中吸收性雜質二次污染的目的，有效提高了激光增透薄膜元件抗激光損傷閾值，屬于光學技術領域。
【背景技術】
[0002]激光薄膜是高功率激光系統中的關鍵元件，它的性能優劣很大程度上決定了激光的輸出性能。激光薄膜也是高功率激光系統中的薄弱環節，其損傷閾值的高低直接決定了激光輸出的強弱，并危及強激光系統的穩定運行。改進激光薄膜的性能，提高激光薄膜的損傷閾值一直是激光和薄膜領域內的重要內容。
[0003]目前高功率激光薄膜器件通常采用K9或者融石英作為基板，這些脆性材料在傳統的研磨和拋光過程中會不可避免地由機械負載的磨料顆粒在樣品表面滑動時重復印壓形成亞表面機械損傷，如劃痕或坑點。拋光結束后，沒有完全去除的劃痕或坑點往往被再沉積物所覆蓋，形成亞表面缺陷。而在這些處于基板亞表面的結構型的劃痕或坑點缺陷往往藏有拋光過程引入的吸收性雜志，通常稱作納米吸收中心，他們雖然尺度是納米范疇，但是對光的吸收很強，當高功率激光入射到基板后，這些納米中心極其容易誘發損傷，導致薄膜器件的破壞。
[0004]因此為了提升增透膜元件的抗激光損傷性能，現有方法通常是在基板清洗后首先用氫氟酸刻蝕去除基板的亞表面缺陷，然而在這一刻蝕過程中仍會有吸收性的雜質殘留在基板表面以及淺表面，因而基板在通過氫氟酸刻蝕后還需要運用離子束刻蝕進一步去除這些吸收性雜質，目前通常采用聚焦離子束裝置對基板進行離子束刻蝕，這種方法雖然離子能量高，刻蝕速率快，但因為離子束是對基板進行掃描式輻照，這就造成基板表面先刻蝕的部分極容易遭到后刻蝕部分濺射出來的雜質污染，從而并不能完全有效去除基板亞表面的吸收性雜質。其次，目前采用的基板刻蝕工裝通常是金屬的，這就造成刻蝕過程中當離子束入射到工裝上時會把工裝上的金屬粒子濺射到基板上，造成了基板再刻蝕過程中的再污染。另外，刻蝕結束后的基板在放置入鍍膜工裝，再將鍍膜工裝放置入鍍膜機的過程也極具有被吸收性雜質污染的可能。
[0005]由上可見，若要真正有效地實現鍍膜前對基板表面及亞表面上吸收性雜質的去除，則需要將上述各個因素聯系起來綜合考慮才能實現對吸收性雜質的徹底清潔。因此，本發明提出一種以去除基板表面及亞表面納米吸收性雜質為目的，基于電子束蒸發鍍膜機提出了光學基板的原位離子束刻蝕裝置以及方法，將基板的離子束刻蝕過程與鍍膜過程緊密結合，從而實現基板表面和亞表面吸收性污染物的高效去除，確保鍍膜前的光學基板達到高損傷閾值增透激光元件的制備要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提出一種用于制備激光薄膜元件用的光學基板的離子束刻蝕裝置及方法。
[0007]本發明提出的一種激光薄膜元件用光學基板的離子束刻蝕裝置，所述離子束刻蝕裝置位于鍍膜機內，由離子源、刻蝕工裝、定位鏈組成，其中:
離子源，用于產生離子束對光學基板全表面輻照進行刻蝕；
刻蝕工裝，用于放置光學基板完成刻蝕過程及后續的鍍膜過程，由石英底盤和不銹鋼外圈構成，石英底盤位于不銹鋼外圈內；
定位鏈:用于將刻蝕工裝懸掛固定于離子源上方，根據調解鏈條的長度實現對刻蝕工裝高度及傾角的調整；
所述離子源一側設有中和器，所述刻蝕工裝固定于離子源和中和器之間的正上方。
[0008]本發明中，所述離子源為考夫曼型離子源。
[0009]本發明中，所述石英底盤由純度>90%的熔石英加工制成。
[0010]本發明中，所述不銹鋼外圈為鍍膜機專用鍍膜工裝。
[0011]本發明提出的激光薄膜元件用光學基板的離子束刻蝕裝置的原位離子束刻蝕方法，具體步驟如下:
(I)將石英底盤放置入不銹鋼外圈內，用定位鏈將刻蝕工裝固定在鍍膜機內離子源與中和器之間正上方；
(2 )將超聲波清洗后的光學基板放置于刻蝕工裝石英底盤的空洞內，關上鍍膜機門，抽真空；
(3)待鍍膜機內真空抽至7.0X 10_4Pa，開啟離子源，充入氧氣和氬氣的體積比為6:1的混合氣體作為工作氣體；控制離子源電壓為600V-1100V，離子源束流為500mA-1000mA ；
(4)待離子源工作穩定后，開啟離子源擋板，讓離子束均勻輻照刻蝕工裝內的光學基板表面，開始光學基板的離子束刻蝕；
(5)刻蝕結束后，關閉離子源，待鍍膜機內溫度降低至35攝氏度后，給鍍膜機充氣；
(6)待鍍膜機內氣壓恢復到標準大氣壓后，打開鍍膜機門，將刻蝕工裝從定位鏈上取下，放置入鍍膜轉盤內，收起定位鏈，關門，準備鍍膜。
[0012]本發明中，步驟(I)中所述刻蝕工裝距離離子源高度為350_450mm。
[0013]本發明中，步驟(I)至(6 )中所述鍍膜機內溫度為20-65攝氏度。
[0014]本發明中，步驟(3)中所述真空度范圍為1.0X KT2Pa-L OX 10_4Pa。
[0015]本發明中，步驟(3)中所述工作氣體為氧氣或氬氣中一至兩種。
[0016]本發明中，步驟⑷中所述刻蝕時間為10分鐘-60分鐘。
[0017]本發明中，所述光學基板為K9玻璃基板或熔石英基板。
[0018]本發明的有益效果在于:
本發明的關鍵在于以吸收性雜質去除為核心的離子束刻蝕方法和裝置。充分利用電子束蒸發鍍膜機所配有的考夫曼離子源，設計了光學基板離子束刻蝕裝置，以及基板全表面同時刻蝕方法，采用該裝置和方法確保刻蝕過程潔凈、安全、不會引入二次污染，從而達到刻蝕效率高又與鍍膜環節緊密相連的目的。
【附圖說明】
[0019]圖1 (a)鍍膜機內離子束刻蝕裝置結構簡圖，(b)刻蝕工裝俯視結構簡圖；
圖2基板刻蝕臺階深度的光學輪廓儀測量結果；其中:(a)為刻蝕臺階俯視圖，(b)為刻蝕臺階高度圖；