[發(fā)明專利]一種激光清洗微納顆粒污染物的方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110618382.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN113305106B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓敬華;馮國英;何長濤;丁坤艷;李瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): B08B7/00
• 分類號(hào): B08B7/00;B08B13/00;G06F30/23;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開了一種激光清洗微納顆粒污染物的方法和應(yīng)用。其中所述方法通過激光清洗模型獲得，所述清洗模型由以下模型構(gòu)建而成：包括污染物顆粒調(diào)制作用在內(nèi)的基底界面處光場強(qiáng)度分布模型、包括污染物顆粒調(diào)制作用引起的溫度分布不均勻現(xiàn)象在內(nèi)的基底界面處溫度分布模型、包括由溫度變化引起的熱應(yīng)力變化作用在內(nèi)的基底界面處熱應(yīng)力分布模型，及基底界面處光力分布模型。本發(fā)明通過建立包括散射光場、溫度場、熱力場及電磁場在內(nèi)的三維清洗模型，可獲得對(duì)透明基底微納米顆粒清洗的最佳方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光清洗的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

大型高功率激光器的裝置中，光學(xué)元件受到污染物污染后，會(huì)大大降低其負(fù)載能力，極易造成光學(xué)元件損傷。現(xiàn)有研究指出納米級(jí)的污染物是激光在紫外波段損傷的主要誘因，因此對(duì)納米級(jí)顆粒的清除是眾多技術(shù)共同追求的目標(biāo)。而傳統(tǒng)的清洗不僅容易損壞基底，而且對(duì)于納米量級(jí)的微粒，傳統(tǒng)的清洗技術(shù)更加難以應(yīng)用，針對(duì)該問題，部分現(xiàn)有技術(shù)提出了激光清洗的手段。

激光清洗技術(shù)是一種非機(jī)械接觸式表面清洗技術(shù)，具有清洗效率高、污染小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，大量激光清洗的應(yīng)用致力于研究非透明基底，而基于其光學(xué)與熱力學(xué)性質(zhì)的難度對(duì)透明基底研究較少。如2003年，Alberto Barone提出的對(duì)不透明樣品進(jìn)行后表面干式激光清洗，其可有效清潔紙張表面，而不會(huì)損傷紙上墨跡，2012年，Jung-Kyu Park提出了一種新型的激光清洗技術(shù)-飛秒激光等離子體沖擊波去除硅片表面的納米顆粒，并且指出在不損傷基底情況下的去除條件，這些技術(shù)中，有關(guān)激光去除及其對(duì)參量選擇的嚴(yán)苛要求也是清洗技術(shù)無法突破的難點(diǎn)之一。同時(shí)，激光清洗機(jī)理的不完善性也是限制其發(fā)展的原因之一。如2006年Francesco Bloisi等人提出一維模型，描述背向激光清洗技術(shù)，用于去除基底上顆粒，但是，其機(jī)理只是單一的聚焦于一維模型，未對(duì)顆粒的散射場、三維熱膨脹模型進(jìn)行詳細(xì)的描述。2001年，Y.W.Zheng等人在研究激光對(duì)Sio₂顆粒清洗的過程中，基于三維熱膨脹效應(yīng)機(jī)理得到了相應(yīng)的清洗閾值，但是未對(duì)電磁力討論。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過建立包括散射光場、溫度場、熱力場及電磁場在內(nèi)的三維清洗模型，獲得對(duì)透明基底微納米顆粒清洗的最佳方案。

本發(fā)明首先提供了如下的技術(shù)方案：

一種激光清洗微納顆粒污染物的方法，其包括：通過激光清洗模型獲得清洗方案，再根據(jù)清洗方案進(jìn)行清洗，其中，所述清洗模型包括以下模型構(gòu)建而成：包括污染物顆粒調(diào)制作用在內(nèi)的基底界面處光場強(qiáng)度分布模型、包括污染物顆粒調(diào)制作用引起的溫度分布不均勻現(xiàn)象在內(nèi)的基底界面處溫度分布模型、包括由溫度變化引起的熱應(yīng)力變化作用在內(nèi)的基底界面處熱應(yīng)力分布模型，及基底界面處光力分布模型。

根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式，所述光場強(qiáng)度分布模型如下：

其中，I₀(t)表示激光平滑脈沖，Φ表示入射激光通量，t表示時(shí)間，t_l＝0.409t_FWHM表示脈沖時(shí)間計(jì)算系數(shù)，其中t_FWHM表示脈沖的持續(xù)時(shí)間，r₀表示極坐標(biāo)系下、由污染物顆粒調(diào)制作用引起的光場場強(qiáng)增大區(qū)域的徑向長度；r表示入射激光脈沖點(diǎn)的徑向坐標(biāo)；r_sh表示由污染物顆粒調(diào)制作用引起的光場場強(qiáng)減小區(qū)域的徑向長度；R表示污染物顆粒半徑；S₀表示場增強(qiáng)因子，其為污染物顆粒調(diào)制作用引起的入射激光在污染物顆粒底部(即顆粒與負(fù)載該顆粒的基底材料的交界部位)產(chǎn)生的近場聚焦處的光場場強(qiáng)I與入射光場強(qiáng)I₀的比值、即S₀＝I/I₀，S₁表示由污染物顆粒調(diào)制作用引起的光場場強(qiáng)減小區(qū)域的面積，且