Uv光的應用方法及uv光薄膜處理應用裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種UV光的應用方法，包括步驟：a、配置UV光發生裝置，通過UV燈管產生UV光；b、收集UV光，利用凹面反射鏡收集UV光；c、聚焦UV光，利用凸透鏡或鏡組將上述UV光聚焦成光束；d、傳輸UV光束，利用紫外光纖傳輸UV光束到應用場所；e、擴束，利用凸透鏡將紫外光纖尾纖的出射光轉換為平行光束；f、導光，將上述平行光束導出，射入到需要處理的產品表面。本發明一方面可以突破常規UV光清洗需近距離輻照樣品表面所形成的對UV燈光應用場合和幾何空間的制約，另外一方面可以提高UV光的利用效率，提高樣品表面的輻照光能量密度，進而提高樣品表面的清潔效果、縮短所需的輻照時間。本發明還提供一種UV光薄膜處理應用裝置。
【專利說明】
UV光的應用方法及UV光薄膜處理應用裝置
技術領域
[0001]本發明涉及聚焦UV光在深紫外光學元件領域的應用，特別涉及一種UV光的應用方法及UV光薄膜處理應用裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，以ArF準分子激光和200nm以下波長自由電子激光為代表的深紫外光學應用得到了日益的重視，并獲得了長足的發展。尤其是ArF準分子193nm激光，其在包括材料精細微加工、深紫外光刻、材料處理、激光打標等在內的激光工業應用，準分子激光醫療，以及科學研究等諸多領域都獲得了十分廣泛重要的應用，深紫外光學相關技術的研究具有重大社會和經濟價值。深紫外激光光學系統與應用的不斷發展對深紫外光學薄膜元件性能及長期穩定性要求都提出了新的挑戰。深紫外光學薄膜研究面臨的根本問題是由于深紫外波段靠近大多數介質材料的禁帶，本征吸收、雜質吸收、缺陷吸收等的存在使得只有極其少量的介質材料能夠滿足深紫外薄膜應用的需要。這些少量材料包括氧化物Al203、Si02，氟化物MgF2、LaF3、AlF3 等。
[0003]薄膜材料選擇的局限性進一步帶來了對深紫外光學薄膜制備工藝的制約，例如針對氟化物，為了避免深紫外光學薄膜出現由于化學計量比失配而導致嚴重吸收，以及高溫襯底帶來的應力大等問題，通常只能選擇熱舟蒸發工藝進行制備，且采用較低的襯底溫度。采用這種較低襯底溫度的熱舟蒸發制備工藝，可以得到吸收很小的深紫外光學薄膜，但同時也伴隨一些不足，如光學薄膜內在結構不夠致密、光學薄膜表面較粗糙。因此，這種采用較低襯底溫度的熱舟蒸發工藝所制備的深紫外光學薄膜，由于光學薄膜內在結構不夠致密和光學薄膜表面較粗糙所必然帶來的對應用環境中的污染物質進行吸附的效應，深紫外光學薄膜的性能會出現快速衰退。研究表明，這種深紫外光學薄膜性能的衰退集中表現為深紫外光學薄膜內部及表面吸附有機污染物和水汽而導致深紫外光學薄膜的吸收顯著增大。對此，研究人員嘗試去除光學薄膜內部及表面吸附的有機污染物和水汽的有效方法，并發現采用UV光輻照深紫外光學薄膜是一種行之有效的方法。
[0004]利用紫外光輻照樣品表面，使得樣品表面污染物清除的效應，被稱為紫外光清洗。其基本原理是有機化合物的光敏氧化作用。紫外光清洗的詳細機理為:低壓汞蒸氣UV光源主要發射波長為185nm和254nm的高能量光子，當這些高能量光子作用到被清洗物體表面時，由于大多數碳氫化合物對185nm波長的紫外光具有較強的吸收能力，并在吸收185nm波長的紫外光的能量后分解成離子、游離態原子、受激分子和中子。此外，空氣中的氧氣分子在吸收了 185nm波長的紫外光后也會產生臭氧和原子氧，臭氧對254nm波長的紫外光同樣具有強烈的吸收作用，因此，臭氧又進一步分解為原子氧和氧氣，上述過程產生的原子氧是極活潑的，具有極強的氧化性，在它作用下，物體表面上的碳和碳氫化合物的分解物可化合成可揮發的氣體，如二氧化碳和水蒸氣等逸出表面，從而徹底清除了黏附在表面上的碳和有機污染物。
[0005]與傳統的其它物理和化學清洗技術相比，紫外光清洗具有顯著的特點，包括:可以較徹底地清除樣品表面的碳和有機污染物;屬于非接觸清洗方式，不會形成新的污染;工藝簡單，速度快，效率高，具有較高的可靠性，表面清洗處理的均勻度很好。上述特點非常適合深紫外光學薄膜表面的清潔與處理。
[0006]目前商品化的UV燈清洗機都采用原始的光輻照應用模式，即通過將樣品直接放置在距離UV燈管很近的地方進行輻照，其基本的結構如圖4所示。這也是目前最常見的紫外光清洗裝置結構，其裝置主要包括紫外光燈23、變壓器11、電容12、燈罩腔體、排氣、及保護電路等幾個部分。其中，紫外光燈23是最主要的部分，一般采用Hg燈或鹵素燈，需要根據具體的應用需要選擇合適的光譜、功率、結構形狀等參數。
[0007]這種方式的結構簡單、對樣品尺寸的要求也較低，可以滿足多數的應用需求。但為了達到較好的清洗效果，要求樣品表面與UV燈管非常接近(Icm左右)。對于深紫外光學薄膜元件的清洗處理應用，這種使用方式制約了UV光清洗效果的充分應用，UV光清洗技術存在以下兩個方面的不足:
[0008]首先這種相對簡單的使用方式無法應用到一些特定的應用場合，如在鍍膜機中和分光光度計中不便于直接使用。在深紫外光學鍍膜之前，為了清除光學襯底表面的污染物，需要對其表面進行UV光輻照處理。但是在鍍膜機，由于鍍膜機理和實際內部結構的制約，無法采用直接輻照式的常用簡單應用方式。目前通常采用的方式是在鍍膜機腔外進行UV光的處理，然后將光學鍍膜襯底放入鍍膜機中。再將處理好的光學襯底從UV清洗機中取出，放入鍍膜機中，然后鍍膜機進行抽真空等過程中，如果時間較長，處理好的光學襯底表面又將重新吸收有機污染物，這將大大降低UV光清洗的效果。在分光光譜的測量過程中，存在類似的問題，即由于光學薄膜樣品表面在測試過程中又會重新吸附吸收物質，導致實際測試的樣品的吸收不準確，對于薄膜的制備工藝優化和使用均帶來影響。
[0009]其次，目前采用UV燈直接輻照樣品表面的方式，其UV光的利用效率較低，對于樣品尺寸較小的光學薄膜樣品(典型尺寸為直徑小于5cm)，大量的UV光實際是沒有被利用。由于樣品表面需要輻照足夠的劑量，采用目前的UV燈直接輻射的方式，需要的輻照時間也相對較長。對于表面粗糙度較大的樣品，為了內部的污染物清除，達到理想的清洗效果，輻照時間需要進一步延長。與此同時，當被處理元件附近存在不能被UV光輻照的其它元件時，目前的UV燈直接輻射的方式將收到制約。
【發明內容】
[0010]本發明的主要目的在于，針對上述現有技術中的不足，提供一種UV光的應用方法及UV光薄膜處理應用裝置，以突破常規UV燈光清洗需近距離輻照樣品表面、所形成的對UV光存在應用場合和幾何空間的制約，并提高UV光輻照的效率。
[0011 ]為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案。
[0012]本發明提供一種UV光的應用方法，其包括步驟:
[0013]a、配置UV光發生裝置，通過UV燈管產生UV光；
[0014]b、收集UV光，利用凹面反射鏡收集UV光；
[0015]c、聚焦UV光，利用凸透鏡或鏡組將上述UV光聚焦成光束；
[0016]d、傳輸UV光束，利用紫外光纖傳輸UV光束到應用場所；
[0017]e、擴束，利用凸透鏡將紫外光纖尾纖的出射光轉換為平行光束；
[0018]f、導光，將上述平行光束導出，射入到待處理產品表面。
[0019]優選地，所述UV光的光譜包含185nm和254nm波長的光。
[0020]優選地，利用所述凸透鏡將所述UV光束擴束成直徑20-50mm的平行光束。
[0021 ]優選地，所述凹面反射鏡為鏡面鋁制成的球形或橢球形弧面。
[0022]本發明還提供一種UV光薄膜處理應用裝置，包括UV光發生裝置，所述UV光發生裝置包括UV燈管，還包括收集裝置、光纖準直鏡、紫外光纖和擴束鏡，所述收集裝置包括凹面反射鏡和與凹面反射鏡連接的遮光圓筒，所述UV燈管固定于所述凹面反射鏡的內部，且垂直于凹面反射鏡的軸心放置，UV光經所述凹面反射鏡反射到遮光圓筒內，并由一凸透鏡收集匯聚，聚集后的UV光投射到所述光纖準直鏡，以將UV光耦合到所述紫外光纖內；所述紫外光纖的尾纖出光口位于所述擴束鏡的焦點，所述擴束鏡將從紫外光纖射出的UV光束轉換為平行光束。
[0023]上述應用裝置中，所述UV光發生裝置還包括控制電路，所述控制電路包括電源、變壓器、數字電路板、第一開關和第二開關，所述UV燈管通過所述變壓器和第一開關與所述電源連接，適于控制所述UV燈管的開關，并且所述UV燈管還通過第二開關與所述數字電路板連接，用以控制所述UV燈管的輻照時間。
[0024]上述應用裝置中，所述凹面反射鏡為球面形，所述UV燈管到所述凹面反射鏡的水平距離為所述凹面反射鏡的半徑的一半。
[0025]上述應用裝置中，所述擴束鏡固定于一圓筒內，所述圓筒的一端安裝有石英窗片，所述平行光束經所述石英窗片射出。
[0026]本發明通過將UV光進行聚集后，經由紫外光纖傳輸，之后再進行擴束的方法，一方面可以突破常規UV光清洗需近距離輻照樣品表面所形成的對UV燈光應用場合和幾何空間的制約，使得UV光清洗可以方便地直接應用于鍍膜機和分光光度計等設備，大大拓展了UV光清洗的應用范圍；另外一方面可以提高UV光的利用效率，提高樣品表面的輻照光能量密度，進而提高樣品表面的清潔效果、縮短所需的輻照時間。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明實施例中UV光的應用方法的流程示意圖；
[0028]圖2是本發明實施例中UV光薄膜處理應用裝置的結構示意圖；
[0029]圖3是本發明實施例中UV光薄膜處理應用裝置的光路效果圖；
[0030]圖4是現有技術中采用的原始光輻照應用裝置的結構示意圖。
[0031 ]本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0032]以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本發明的技術方案，以便更清楚、直觀地理解本發明的發明實質。
[0033]實施例一:
[0034]參照圖1所示，本實施例提供一種UV光的應用方法，包括以下步驟:
[0035]SI:配置UV光發生裝置，通過UV燈管產生UV光；
[0036]S2:收集UV光，利用凹面反射鏡收集UV光；
[0037]S3:聚焦UV光，利用凸透鏡或鏡組將上述UV光聚焦成光束；
[0038]S4:傳輸UV光束，利用紫外光纖傳輸UV光束到應用場所；
[0039]S5:擴束，利用凸透鏡將紫外光纖尾纖的出射光轉換為平行光束；
[0040]S6:導光，將上述平行光束導出，射入到需要處理的產品表面。
[0041 ]本實施例采用的UV光的光譜中主要包含185nm和254nm波長的紫外光。也可以根據實際需要選定合適的波長。
[0042]UV燈管采用排管雙波長高壓汞燈，可以發出上述185nm和254nm兩種波長的紫外光。
[0043]在步驟S2中，所用到的凹面反射鏡采用鏡面鋁制成，并且整體形狀為球面形或橢球面形，并且將凹面反射鏡的內壁拋光后，鍍上185nm和254nm雙波段的高反射膜，以充分反射該波長的紫外光。
[0044]本實施例中所有凸透鏡的表面以及紫外傳輸光纖的入射和出射端面均鍍有寬帶紫外增透膜，以提高紫外光的透過率。
[0045]最后，利用凸透鏡將UV光束擴束成直徑為20-50_的平行光束，以此光束照射到需要清洗的產品表面，可以在合理的清洗時間內達到較好的清洗效果。
[0046]本實施例通過先將UV燈光進行聚焦，再經由光纖傳輸，最后再對UV光線進行擴束的方法，可以使UV光的生產和應用處于不同的場所，從而克服了空間的限制，擴展了應用場合，而且利用該擴束后的UV光束進行清洗時，清洗效果更佳。
[0047]實施例二:
[0048]參照圖2和圖3所示，本實施例提供一種UV光薄膜處理應用裝置，其包括UV光發生裝置10，UV光發生裝置10又包括UV燈管11，還包括收集裝置102、光纖準直鏡103、紫外光纖104和擴束鏡105等部件，其中，收集裝置102包括凹面反射鏡1021和與凹面反射鏡1021連接的遮光圓筒1022。群燈管101固定于凹面反射鏡1021的內部，并且垂直于凹面反射鏡1021的軸心放置，UV光被該凹面反射鏡1021反射到遮光圓筒1022內，并被一凸透鏡1023收集匯聚。該凸透鏡1023后方設有一光纖準直鏡103，聚焦后的UV光投射到光纖準直鏡103上，由該光纖準直鏡103將UV光耦合到紫外光纖104內，然后，UV光在紫外光纖104內傳輸，并從尾纖的出光口射出。本實施例中，該出光口處恰位于擴束鏡105的焦點上，UV光從該處投射到擴束鏡105上后，經折射后變成平行光束，該平行光束可以直接應用于清洗產品表面。
[0049 ] 具體地，上述UV光發生裝置1還包括控制電路100，該控制電路100包括電源AC、變壓器11、電容12、數字電路板13、第一開關14和第二開關15，UV燈管101通過變壓器11和第一開關14與電源AC連接，并能過第二開關15與數字電路板13連接。第一開關14能夠控制UV燈管1I的開關，第二開關15能夠通過數字電路板13控制UV燈管1I的輻照時間。
[0050]上述凹面反射鏡1021為球面形，UV燈管101到該凹面反射鏡1021的水平距離為該球面的半徑的一半，從而可以使UV燈管101的紫外光被反射后基本平行地投射到遮光圓筒1022內的凸透鏡1023上，再由該凸透鏡1023聚焦匯集。凹面反射鏡1021的背面一側利用焊接螺紋與遮光圓筒1022進行接合和固定，使遮光圓筒1022內部不會發生漏光。
[0051 ]遮光圓筒1022固定在一個底座1024上，底座1024的尺寸和重量可以根據整個收集裝置102的實際重量進行選擇。
[0052]上述遮光圓筒1022的長度優選為300-400mm，還可以根據凸透鏡1023的焦距進行適當變化。
[0053]此外，本實施例的擴束鏡105固定于一圓筒1051內，該圓筒1051的直徑與擴束鏡105的直徑相近，在圓筒1051的一后端安裝有一石英窗片1052，上述平行光束經該石英窗片1052射出后，可直接照射到待清洗產品的表面。
[0054]本實施例的所有透鏡均采用紫外熔石英材料制成，并且雙面鍍寬帶增透膜，紫外傳輸光纖的入射和出射端面，光纖準直鏡均鍍寬帶增透膜，以增強紫外光透射率，減少光損耗。這樣，可以使185 — 270nm波段之間的整體光譜透過率能夠在80 %以上。
[0055]上述凸透鏡1023也可以采用6塊透鏡組成的透鏡組代替，這可以有效地將185 —270nm波段內的紫外光全部聚焦并耦合到紫外光纖104內傳輸，增加光線的利用率。
[0056]綜上所述，本發明通過將UV光進行聚集后，經由紫外光纖傳輸，之后再進行擴束的方法，一方面可以突破常規UV光清洗需近距離輻照樣品表面所形成的對UV燈光應用場合和幾何空間的制約，使得UV光清洗可以方便地直接應用于鍍膜機和分光光度計等設備，大大拓展了UV光清洗的應用范圍；另外一方面可以提高UV光的利用效率，提高樣品表面的輻照光能量密度，進而提高樣品表面的清潔效果、縮短所需的輻照時間。
[0057]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種UV光的應用方法，其特征在于，包括步驟: a、配置UV光發生裝置，通過UV燈管產生UV光； b、收集UV光，利用凹面反射鏡收集UV光； c、聚焦UV光，利用凸透鏡或鏡組將上述UV光聚焦成光束； d、傳輸UV光束，利用紫外光纖傳輸UV光束到應用場所； e、擴束，利用凸透鏡將紫外光纖尾纖的出射光轉換為平行光束； f、導光，將上述平行光束導出，射入到待處理產品表面。2.如權利要求1所述的應用方法，其特征在于，所述UV光的光譜包含185nm和254nm波長的光。3.如權利要求2所述的應用方法，其特征在于，利用所述凸透鏡將所述UV光束擴束成直徑20-50mm的平行光束。4.如權利要求1所述的應用方法，其特征在于，所述凹面反射鏡為鏡面鋁制成的球形或橢球形弧面。5.一種UV光薄膜處理應用裝置，包括UV光發生裝置，所述UV光發生裝置包括UV燈管，其特征在于:還包括收集裝置、光纖準直鏡、紫外光纖和擴束鏡，所述收集裝置包括凹面反射鏡和與凹面反射鏡連接的遮光圓筒，所述UV燈管固定于所述凹面反射鏡的內部，且垂直于凹面反射鏡的軸心放置，UV光經所述凹面反射鏡反射到遮光圓筒內，并由凸透鏡收集匯聚，聚集后的UV光投射到所述光纖準直鏡，以將UV光耦合到所述紫外光纖內；所述紫外光纖的尾纖出光口位于所述擴束鏡的焦點，所述擴束鏡將從紫外光纖射出的UV光束轉換為平行光束。6.如權利要求5所述的UV光薄膜處理應用裝置，其特征在于:所述UV光發生裝置還包括控制電路，所述控制電路包括電源、變壓器、數字電路板、第一開關和第二開關，所述UV燈管通過所述變壓器和第一開關與所述電源連接，適于控制所述UV燈管的開關，并且所述UV燈管還通過第二開關與所述數字電路板連接，用以控制所述UV燈管的輻照時間。7.如權利要求5所述的UV光薄膜處理應用裝置，其特征在于:所述凹面反射鏡為球面形，所述UV燈管到所述凹面反射鏡的水平距離為所述凹面反射鏡的半徑的一半。8.如權利要求5所述的UV光薄膜處理應用裝置，其特征在于:所述擴束鏡固定于一圓筒內，所述圓筒的一端安裝有石英窗片，所述平行光束經所述石英窗片射出。
【文檔編號】B08B7/00GK105855243SQ201610205481
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】鄧文淵, 金春水, 靳京城, 李春
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所