[發明專利]超光滑玻璃鏡片多級離子拋光方法

有效

• 申請號: 201810382584.1
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108747598B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 李錢陶;李定;王潺;金天義;熊長新
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團有限公司第七一七研究所）
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅;徐曉琴

本發明屬于超光滑玻璃鏡片拋光技術領域，具體涉及一種超光滑玻璃鏡片多級離子拋光方法。本發明采用高能惰性氣體離子(Ar⁺、Xe⁺等)束快速刻蝕去除超光滑表面亞表面損傷層中比耳拜層，高能離子束快速刻蝕后不可避免造成玻璃超光滑表面粗糙度的增加和氧化物組份的失氧；為降低高能離子束刻蝕后超光滑表面的粗糙度，采用多級離子拋光方法，通過逐級降低離子束的能量，同時逐漸在離子束中增加氧離子濃度、降低惰性氣體離子濃度，使粗糙度降低并使表面失氧的氧化物組份再次氧化，最終實現了在超光滑表面粗糙度變化量極小的情況下，成功去除了比耳拜層，極大減少了超光滑表面亞表面損傷層中的主要污染物和缺陷，有效提高光學元件的光學性能。

技術領域

本發明屬于超光滑玻璃鏡片拋光技術領域，具體涉及一種超光滑玻璃鏡片多級離子拋光方法。

背景技術

超光滑玻璃鏡片(rms≤0.3nm)在強激光系統、激光陀螺、極紫外光刻、地球引力波檢測系統等方面有著重要而廣泛的應用。目前，制造這種超光滑玻璃鏡片的方法有傳統古典式拋光法、浮法拋光法、離子束拋光法等，其中以傳統古典式拋光法所獲得的超光滑玻璃表面具有很高的性價比，因而，在工業化生產中獲得了廣泛的應用。古典式拋光的不足之處是：拋光過程形成的亞表面損傷層隱藏在玻璃鏡片表面下，亞表面損傷層中存在著殘留氣體分子、氮化物、氧化物等污染物以及亞微米級缺陷，這些污染物和缺陷大部分存在亞表面損傷層中的比耳拜層(Bielby layer)中，古典式拋光后形成的比耳拜層厚度一般在0.1～1微米。這些污染物和亞微米級缺陷難以清凈，也難以實現無損檢測，去除這些污染物和亞微米級缺陷成為超光滑玻璃鏡片研究和制造過程中的技術難題之一。

在光學系統中，絕大部分鏡片均需鍍膜以實現系統的光學性能，超光滑玻璃鏡片也不例外，如超光滑玻璃鏡片亞表面損傷層中的污染物、亞微米缺陷在超光滑表面元件鍍膜之前不能被去除干凈，在鍍膜過程中，這些污染物、亞微米缺陷將受到膜層的融合和傳遞作用，隨著膜層厚度的增加，它們會顯現得越來越清楚，即污染物、亞微米缺陷均“長”大了，因而，它們對最終超光滑光學元件帶來嚴重質量隱患，如激光損傷閾值降低、光學損耗增大、膜層結合力下降等。

為消除比耳拜層中污染物、亞微米缺陷對超光滑光學元件帶來的不利影響，國內外研究人員采用多種手段來改善超光滑表面的最終質量。如在鏡片拋光過程中，采用多級拋光技術、浮法拋光技術等，這些拋光技術可以將超光滑表面的粗糙度降至0.1nm以下，比耳拜層的厚度可以控制在100nm以下。德國NTG公司采用聚焦型高能離子束拋光技術，可以最大程度上減少超光滑表面亞表面損傷的產生，但不足之處，目前尚難以直接拋光至0.1nm以下。吳衛東等人采用反應等離子體修飾技術，對熔石英玻璃表面進行化學反應刻蝕，但這種方法導致了石英表面粗糙度增加，并出現表面物質結構狀態的改變。上述幾種處理超光滑表面的方法均在鍍膜前實施，實施完后，還需要轉入專用鍍膜設備中進行薄膜鍍制工作，在轉移過程中，不可避免了會再次引入污染物。在常規真空鍍膜過程中，在鍍膜前采用Ar離子刻蝕技術對鏡片表面進行清洗，這種清洗的作用主要用于去除鏡片表面殘留的碳氫污染物及表面吸附的顆粒物。更為深入的研究顯示，不合適的Ar離子轟擊會引起固體表面形成新缺陷、新污染、新的表面結構。如：能量過高的Ar離子轟擊可導致Ar原子的注入滲入后發生遷移聚集后在表面層下形成鼓起的氣泡現象；長時間Ar離子轟擊時因基片不同區域與離子束的入射角不一致會導致刻蝕不均勻現象。綜上所述，離子束刻蝕或轟擊一方面去除對基片表面的一些污染物，有助于提高基片表面鍍膜時的膜層結合力，另一方面，不合適的離子刻蝕或轟擊導致新的缺陷形成，從而對最終的鏡片質量造成不利影響。

研究表明，對于超光滑光學元件來講，低表面粗糙度和低表面缺陷是超光滑表面的兩大核心指標，表面粗糙度增加直接會導致光學表面的散射損耗增大，而缺陷直接導致表面局部異常，光學性能在缺陷位置發生突變，從而造成鏡片質量的下降。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種用于改善超光滑玻璃鏡片表面質量的多級離子束拋光方法。