光子制造中可靠光学涂层的表面制备

涂层是制造光子的不可或缺的一部分。涂层有助于确定它们应用的镜片的最基本功能。通过多少光通过，在通过镜头时会发生什么样的光线，有些光被吸收，是否允许某种光谱范围通过？

涂层还为它们应用的光学组件提供了大量保护。从防雾到防静电涂层和抗反射耐刮擦涂层，他们需要严重控制和测试，以确保它们适当地沉积。

在其心脏上，镜片涂层是大多数光子应用的化学过程。在玻璃或聚合物的表面上，层可以是无限薄的，或者它们可以是已经沉积的层顶部的金属外涂层的多重材料层。所用材料的复杂性和游戏时的各种参数使得这些涂层过程非常精细地，其中没有程序的方面可以是忽视了。

有关如何互换的术语和光子学的辩论真的是什么以及它归结为您想要获得的迂回。因此，出于本文的目的，我将参考光子制造业制造业的光学仪器和设备组件。在术语之间，我会在术语之间来回翻转，但大多数情况下，我将通过参考来保持他们分开光子厂制造商和清洁，制备和涂层光学。在这种情况下，光学将与镜头更同义，而不是光学，视觉和光的研究。

在沉积过程甚至希望能够良好之前，光学涂层需要三件玻璃或聚合物的表面。表面必须是：

• 透明任何粘附颗粒（灰尘和其他微小的碎片）
• 没有任何残留的表面活性剂或在制备相期间使用的清洁剂
• 化学接受的涂层将核心，冷凝或以其他方式适用于表面

光子制造的表面处理和调节

光学元件的表面制备对于涂层的强粘附至关重要。制备，清洁和条件可以取决于光学器件的材料和待沉积的涂层，但普遍事实是表面必须没有污染

冷凝挥发性材料，例如烃和有机材料的形式，水平小于单层（〜1nm），并从抛光过程中没有残基。

有关涂料配方，涂料制备技术和沉积或生长要求的信息有很多信息，并且所有这些过程取决于涂层材料的性质以及透镜材料。这些通常是薄薄的薄膜和一百万，并且当它们被应用于视镜表面时可能会出错。

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这个图表，来自威廉姆斯先进的材料那显示涂覆过程中每个步骤的复杂相互依赖性以及必须管理，测试和占用的参数和属性：

降低涂层风险不适合或均匀的涂层风险的一种方法是控制表面，通过清洁，处理和调节将粘附。光学器件的玻璃或聚合物需要具有某些化学性质，以使涂层与表面粘合并保持在整个寿命和最终组装的使用中保持耐用。

在制造过程中发生的化学变化能够可见但更有可能，太小而无法看到。碳酸钠可以在苏打石灰玻璃表面上形成白色层（从窗户中使用的最常见的玻璃材料之一，从窗户到显微镜载玻片中的一切）已经用去离子水清洁，然后在空气中与二氧化碳反应。然而，更常见的是，薄层只有几个分子层厚的有机污染物附着在表面上，特别是在清洁后。

玻璃镜片通常可以用酸性溶液和溶剂充分清洁以除去污染物。聚合物透镜需要激活步骤以产生用于涂层的反应表面以强烈粘合到。由金属（如镜像基板）组成的材料通常可以使用磨料或蚀刻剂清洁以除去氧化物层。

超声波垫圈通常用于玻璃光学大量制造。浴中的酸性或碱性溶液在去除顽固的有机污染物时非常擅长，但临界漂洗步骤需要彻底清洁这些表面活性剂的表面。

通过聚合物透镜，需要改变通常惰性表面以使其化学反应性并准备粘附到涂层上。这通常需要血浆治疗，其中氧气，氮气和氩气的某种组合，氩气是最昂贵的，即使它非常擅长分解有机污染物。该表面制备可以使用电晕处理或真空室进行。真空处理在一些光子制造领域中可以是优选的，如眼科所在的，因为这些应用中的透镜通常在其几何形状中具有更多变化，使得它有些更难得到均匀的活化表面。

一旦表面被血浆处理，它是非常不稳定的，因为它是如此的反应性，并且应该尽可能快地完成涂层应用。此时存储或处理镜片将最终降低清洁的质量。

在涂层之前测试光子学表面

防水试验是一种非常常见的方法，用于确定光学元件是否足够清洁以便涂覆。这种简单和主观的评估是通过将水放在表面上并在目视检查的情况下进行，如果整个表面会弄湿或者水避免镜片的某些区域 - 如果水“破坏”无形的污染物。

这也没有闻所未闻呼吸到镜头上并看看随后的“雾”如何覆盖表面。这是一个令人思想的定性测试，即在经典的水中断裂测试上避开，但完全摧毁了检查员正在寻找的任何清洁度。

为了保持在清洁和处理过程中产生的清洁表面的完整性，快速且容易进行的接触角测量可用于真正的定量和客观清洁度评估。

在所有制剂步骤中，镜片经过，顶部1-5个分子层的化学以对涂层粘附强度产生巨大影响的方式改变。在制造上下文中，需要对这些变化可靠敏感的测试，并且可以提供制造商清楚地表明这些变化。这就是联系角度测量提供的。

当液滴放置在清洁光学表面上时，它将大大稀释并产生低接触角。如果从抛光步骤中留下任何残留物，则漂洗不足或具有暴露时间不足的等离子体处理，则液滴将通过串珠和产生高接触角对该存在反应。这种检查技术的美丽是它对清洁表面完全无损，并且可以评估任何几何形状的表面。

凹凸表面在光子中非常常见，需要一种测试方法，可以以相同的精度评估它们的清洁度，并且易于作为完全平坦的表面。接触角可以做出这一点，特别是如果使用以极端精度沉积液体的设备测量它们，并且克服了表面变化的复杂性。

接触角测量是研发期间的有用度量，用于理解影响涂层键强度的材料的质量。确保一致和已知的表面质量从测试矩阵中消除此变量，并允许更容易地扩大到生产。当可以在清洁和涂覆的实际材料上进行相同的评估并因此与研究实验室中的结果相关联，因此可以实现该过程的有效性的新确定性。在开发过程中指定表面状况将通过盲目地将未知的表面状态盲目引入过程来减少潜在的故障排除。

下图显示了我们确实评估了向我们发送的玻璃样品以了解使用接触角测量的影响。如你所见，一旦用IPA清洁玻璃，每次用IPA清洁接触角度就会减少〜5°。接触角测量始终表明甚至对玻璃表面的质量变化。这种可靠性和分辨率使制造商能够根据直接指向其表面的实际数据来做出决策。

粘合过程的每个步骤具有我们将作为CCP（临界控制点）分类的内容，其中基板的临界表面（在这种情况下玻璃）可能暴露于有害的污染物或化学变化。

较小的变化（如多个供应商提供的玻璃，或洗涤化学的变化）可以引入未知的表面污染物，影响表面质量并最终与涂层粘附。运输，处理和储存条件因供应商而异，并将通过引入接触污染物冲击表面化学并引入该过程的风险。

具有基于接触角的表面清洁度规范将允许生产与必要的设备建造一条线，以实现对界面的表面侧的可靠粘合性能。

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