提高復(fù)雜真空環(huán)境下光學(xué)鏡片的使用壽命

　　在大多數(shù)的真空環(huán)境的科學(xué)試驗(yàn)中，多數(shù)都會(huì)用到光學(xué)器件，而在真空環(huán)境中，粒子的運(yùn)動(dòng)自由程非常大，一旦真空環(huán)境中存在粒子化(分子、離子、原子、粒子團(tuán))的工作物質(zhì)或附帶雜質(zhì)，都會(huì)對(duì)光學(xué)元件造成污染從而破壞光學(xué)器件的特性，大大減小光學(xué)器件的使用壽命，本文主要提供一種裝置和方法，可以確保光學(xué)器件的使用壽命，維持光學(xué)器件的自身特性。

　　在光與原子作用真空環(huán)境中，如吸收法測(cè)量原子密度、原子激光法同位素分離及各種測(cè)量元素的原子能級(jí)壽命等科學(xué)試驗(yàn)中以及真空鍍膜行業(yè)中，都會(huì)遇到工作物質(zhì)原子密度很高的情況，由于真空環(huán)境的存在，高密度原子會(huì)迅速擴(kuò)散;另外，工作物質(zhì)原子化的方式不同，導(dǎo)致原子束中也會(huì)含有離子、電子、原子、分子以及原子團(tuán)，這些都會(huì)隨時(shí)間的積累在光學(xué)器件上沉積，造成對(duì)光學(xué)器件的污染，破壞光學(xué)器件的光學(xué)特性，例如，高反射率鏡片的反射率會(huì)隨沉積物的積累而降低，惡劣環(huán)境下會(huì)很快失去其光學(xué)特性。

1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

　　在激光吸收法測(cè)量工作物質(zhì)原子密度裝置中，為了提高吸收的信號(hào)強(qiáng)度，一般會(huì)用到光腔裝置，這種光腔裝置可以實(shí)現(xiàn)激光多次往返傳輸于整個(gè)裝置，如圖1 所示。

圖1 光腔裝置

　　如果在光腔中的工作物質(zhì)的原子密度過(guò)高，很容易擴(kuò)散到光腔兩端的反射鏡的反射薄膜上，很快光腔兩端的反射鏡片的反射率會(huì)急劇下降出現(xiàn)如圖2 所示現(xiàn)象。

圖2 反射率逐漸下降

　　隨著污染的加重，鏡片的反射率逐漸降低，甚至導(dǎo)致反射薄膜直接吸熱爆膜，結(jié)果導(dǎo)致光子的利用率急劇下降，爆膜后的鏡片反射率下降到原來(lái)的5%左右，如圖3，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)達(dá)不到預(yù)想的效果。

圖3 鏡片損傷圖

　　觀察實(shí)驗(yàn)后的問(wèn)題鏡片表面，鏡片的薄膜表面在燈光下出現(xiàn)明顯的彩虹色，如圖3，顯然鏡片薄膜表面被蒸鍍了不同厚度的污染物質(zhì)形成的衍射現(xiàn)象。輕擦無(wú)效，用脫脂棉沾丙酮用力擦拭，反射率回復(fù)如初，如圖4。但鏡片的整體面型下降5%-10%，鏡片反復(fù)使用2-3 次后，面型達(dá)不到使用要求后返修重新鍍膜�？梢�(jiàn)鏡片污染嚴(yán)重影響鏡片的使用質(zhì)量和使用壽命，如何提高這種復(fù)雜真空環(huán)境中的光學(xué)鏡片壽命正是本文研究的目的和方向。

圖4 反射率試驗(yàn)前后對(duì)比圖

　　1.2、分析污染物來(lái)源及成份

　　分析裝置的真空獲得方式及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的蒸發(fā)和揮發(fā)的工作物質(zhì)，污染物主要由以幾方面構(gòu)成：

　　1)高真空擴(kuò)散泵返油，試驗(yàn)所用擴(kuò)散泵油為275#，主要產(chǎn)生C,H,CH 組合物，顆粒物及大型原子團(tuán)(較多)。

　　2) 電子槍蒸發(fā)出來(lái)的工作物質(zhì)原子、熱離子、原子團(tuán)、氧化物等(大量)，光電離的工作物質(zhì)的離子。

　　3)電子槍加熱燈絲鎢、加速電極鐵及水冷坩堝中的銅(微量)(質(zhì)譜法測(cè)得)。

　　4) 真空快速獲得時(shí)氣流攜帶粉塵(工作物質(zhì)，空氣中粉塵，等等)(較多)。

　　不同污染物質(zhì)對(duì)鏡片薄膜的影響不一樣，金屬原子蒸鍍到薄膜表面，寬帶薄膜的反射率主要損失在短波長(zhǎng)(<600 nm)，而碳?xì)浠�合物主要損失在(450-650 nm)波長(zhǎng)，而氣流帶起的粉塵則對(duì)任何波長(zhǎng)的薄膜都會(huì)造成很大影響，所以要根據(jù)實(shí)驗(yàn)使用的相應(yīng)波長(zhǎng)，采取相應(yīng)的鏡片保護(hù)措施。

2、結(jié)論

　　1)經(jīng)過(guò)一系列的腔鏡片保護(hù)措施，建立一套保護(hù)真空室內(nèi)的光學(xué)鏡片(反射鏡、透射鏡、晶體等)不受污染的裝置和方法，有效提高了光學(xué)鏡片在復(fù)雜重污染的真空環(huán)境下的使用壽命，為該領(lǐng)域試驗(yàn)研究提供了高效長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性。

　　2) 此裝置和方法可大量節(jié)約光學(xué)器件的加工成本，光學(xué)領(lǐng)域的器件大多比較昂貴，提高使用壽命無(wú)疑就是節(jié)約成本。

　　3) 引入緩沖惰性氣體保護(hù)的方法可借鑒應(yīng)用于復(fù)雜重污染的環(huán)境中保護(hù)各種重要精密設(shè)備和儀器，有廣泛的擴(kuò)展應(yīng)用性。