一种低压氧等离子清洗有机污染物的工艺时长计算方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种低压氧等离子体清洗多孔增透膜内有机污染物的工艺时长计算方法，利用低压氧等离子体清洗性能与光谱激发谱线强度建立的先验数据库，根据拟处理的等离子体状态与目标污染物空间浓度计算得到达到指定状态所需的清洗时长，可以用于低压氧等离子体处理多孔增透膜内特定有机污染物的工艺控制，从而实现氧等离子体清洗多孔增透膜内有机污染物所需工艺时长的快速计算，减少由于过量清洗引起的光学元件表面的金属溅射粒子累积。积。

【技术实现步骤摘要】
一种低压氧等离子清洗有机污染物的工艺时长计算方法


[0001]本专利技术涉及等离子体清洗
，具体为一种低压氧等离子清洗有机污染物的工艺时长计算方法。

技术介绍

[0002]在高功率及高能激光装置中，高通量光学元件多孔增透膜内的有机污染物会严重影响元件的通光性能和激光损伤阈值。基于低压的氧等离子可有效处理有机污染物，但在低压等离子体清洗过程中，电极溅射产生的金属粒子会在光学元件表面累积，极大地降低光学元件的激光损伤阈值。光学元件表面的金属粒子溅射累积随时间线性增加，因此，精确控制处理工艺时长便于减少金属粒子的累积，对于等离子清洗技术支撑下的高功率激光系统光学元件长时间稳定服役具有重要支撑作用。
[0003]目前，低压氧等离子清洗通常取过量清洗或基于应用经验简单估算实现对清洗工艺时长的控制，缺乏精确的工艺时长计算。过量清洗主要指以远大于有效清洗时长的工艺处理时间清洗被污染光学元件以保证有机污染物的充分去除，但该方法会导致较多的金属溅射累积，减少了光学元件的在线服役时长基于经验的工艺时长粗估可以在一定程度上减少长时间处理引起的金属溅射，但当等离子体及目标污染物偏离经验时存在无法实现有效清洗的风险。因而需要一种可以精确计算低压氧等离子体清洗多孔增透膜内有机污染物的工艺时长的计算方法以应对光学元件清洗中的精密控制需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种低压氧等离子清洗有机污染物的工艺时长计算方法，包括：
[0005]步骤一、使用拟合法构建低压氧等离子体对特定有机污染物的评价系数α；
[0006]步骤二、测定该评价系数α下的等离子体所对应的氧原子激发谱线的光谱强度I；
[0007]步骤三、在不同条件下重复进行步骤一和步骤二，取得多组相对应的评价系数α和光谱强度I数据，将得到的光谱强度I进行标定或者归一化处理，保证不同状态下的光谱强度I与评价系数α的相对应关系唯一，最后形成先验数据库。
[0008]步骤四、采用步骤一的方法测定待清洗膜层内有机污染物的等效空间浓度C2′
；
[0009]步骤五、采用步骤二中相同的测试条件，测定出拟使用等离子体对应指定的氧原子激发谱线的光谱强度I
′
；
[0010]步骤六、在先验数据库中选定一组合适的评价系数α和光谱强度I数据，所选取的光谱强度I与测定光谱强度I
′
的偏离度应不大于10％；
[0011]步骤七、构建拟使用等离子体的评价系数α
′
。
[0012]步骤八、由等效空间浓度C2′
和评价系数α
′
计算得到该有机污染物所需的清洗工艺时长t。
[0013]其中，优选的是，步骤一中，其包括：
[0014]S11、测试膜层污染前的峰值透过率，进而计算得到膜层污染前的原孔隙率；其过程为：光学元件上镀有镀膜材料构成的增透膜，以空气、有机污染物、镀膜材料的混合物作为膜层；通过分光光度计或标定的能量计测得膜层污染后的峰值透过率为T
f
；
[0015]根据R
f
＝1－T
f
，得到未污染膜层的剩余反射率R
f
；
[0016]根据式中：n0为空气折射率，n
g
为镀膜材料折射率；得到未污染膜层的折射率n
f
；
[0017]根据式中：n
m
＝n
f
，n
i
为膜层中第i种介质的折射率；得到未污染膜层的原孔隙率f
i
。
[0018]S12、测试膜层污染后的峰值透过率，进而计算得到膜层污染后的现孔隙率；其过程为：待膜层被有机污染物污染后，采用与步骤一相同的方法，计算得到已污染膜层的现孔隙率。
[0019]S13、根据原孔隙率和现孔隙率计算得到膜层污染后其中的有机污染物的空间浓度C1；其过程为：
[0020]根据D＝原孔隙率－现孔隙率；得到有机污染物在膜层中的空间填充率D；
[0021]根据式中：D为有机污染物的空间填充率、M为有机污染物的摩尔质量、ρ为有机污染物的密度；得到有机污染物在膜层中的空间浓度C1。
[0022]S14、根据空间浓度C1计算得到等效空间浓度C2；其过程为：已污染膜层中有机污染物的化学式为C
x
H
y
，将C
x
H
y
改写为按照碳原子数分配的氢原子数的表达式，即CH
2n
的形式，式中：n由C
x
H
y
确定，即n＝y/2x；那么CH
2n
基团的空间浓度，即有机污染物的等效空间浓度C2与有机污染物的空间浓度C1的关系为：C2＝C1×
x。
[0023]S15、在膜层污染后使用等离子体对其进行清洗的过程中，重复步骤二到步骤四测试多次，对测得的多个等效空间浓度C2随清洗时间t的变化进行指数拟合，得到拟合公式：
[0024][0025]式中：β为有机污染物的初始浓度，α可作为用于评价该种状态等离子体对有机污染物清洗能力的评价系数。其过程为：测试次数不少5次，采用最小二乘法对测得的多个等效空间浓度C2随处理时间t的变化进行指数拟合。其中，优选的是，步骤二中，其过程为：使用光谱仪对该评价系数α下的等离子体所对应的氧原子激发谱线进行测定，谱线选择氧原子的844.6nm。
[0026]其中，优选的是，步骤七中，其过程为：其过程为：α
′
＝α(I
′
/I)
n+2
；式中：n由该有机污染物的化学式C
x
H
y
确定，即n＝y/2x。
[0027]其中，优选的是，步骤八中，其过程为：由步骤S15得到的拟合关系：确定了C2′
与α
′
两者间的定量关系，从而根据：－(dC2′
/d
t
)＝α
′
C2′
，计算出所需的清洗工艺时长t
[0028]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0029]本专利技术的显著优势在于，利用低压氧等离子体清洗性能与光谱激发谱线强度建立
的先验数据库，根据拟处理的等离子体状态与目标污染物空间浓度计算得到达到指定状态所需的清洗时长，可以用于低压氧等离子体处理多孔增透膜内特定有机污染物的工艺控制。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压氧等离子清洗有机污染物的工艺时长计算方法，其特征在于，包括：步骤一、使用拟合法构建低压氧等离子体对特定有机污染物的评价系数α；步骤二、测定该评价系数α下的等离子体所对应的氧原子激发谱线的光谱强度I；步骤三、在不同条件下重复进行步骤一和步骤二，取得多组相对应的评价系数α和光谱强度I数据，将得到的光谱强度I进行标定或者归一化处理，保证不同状态下的光谱强度I与评价系数α的相对应关系唯一，最后形成先验数据库；步骤四、采用步骤一的方法测定待清洗膜层内有机污染物的等效空间浓度C2′
；步骤五、采用步骤二中相同的测试条件，测定出拟使用等离子体对应指定的氧原子激发谱线的光谱强度I
′
；步骤六、在先验数据库中选定一组合适的评价系数α和光谱强度I数据，所选取的光谱强度I与测定光谱强度I
′
的偏离度应不大于10％；步骤七、构建拟使用等离子体的评价系数α
′
；步骤八、由等效空间浓度C2′
和评价系数α
′
计算得到该有机污染物所需的清洗工艺时长t。2.如权利要求1所述的一种低压氧等离子清洗有机污染物的工艺时长计算方法，其特征在于，步骤一中，其包括：S11、测试膜层污染前的峰值透过率，进而计算得到膜层污染前的原孔隙率；其过程为：光学元件上镀有镀膜材料构成的增透膜，以空气、有机污染物、镀膜材料的混合物作为膜层；通过分光光度计或标定的能量计测得膜层污染后的峰值透过率为T
f
；根据R
f
＝1－T
f
，得到未污染膜层的剩余反射率R
f
；根据式中：n0为空气折射率，n
g
为镀膜材料折射率；得到未污染膜层的折射率n
f
；根据式中：n
m
＝n
f
，n
i
为膜层中第i种介质的折射率；得到未污染膜层的原孔隙率f
i
；S12、测试膜层污染后的峰值透过率，进而计算得到膜层污染后的现孔隙率；其过程为：待膜层被有机污染物污染后，采用与步骤一相同的方法，计算得到已污染膜层的现孔隙率；S13、根据原孔隙率和现孔隙率计算得到膜层污染后其中的有机污染物的空间浓度C1；其过程为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，杨敏，李玉海，蒋一岚，牛龙飞，苗心向，吕海兵，袁晓东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：