等離子體清洗光學(xué)元件碳污染

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-04-20

在同步輻射光束線中,長時間工作在光束線中的光學(xué)元件,如反射鏡、光柵等表面會產(chǎn)生碳污染,使光束線的傳輸效率下降。由X射線吸收精細結(jié)構(gòu)測定所形成的為石墨型碳,碳對于其吸收邊,即285eV以及以上能量光吸收作用,可使得光通量減少一個甚至2個數(shù)量級,同時由于此碳層對于雜散光無影響,使得信噪比劇烈下降,從而嚴(yán)重影響了在此能量范圍內(nèi)的實驗。

碳污染主要產(chǎn)生在暴露于同步輻射X射線中的光學(xué)元件表面。碳污染的產(chǎn)生主要是由于表面吸附的含碳的分子被X射線或者是X射線產(chǎn)生的自由電子的裂解作用。裂解發(fā)生后,碳原子以強結(jié)合力吸附在元件表面。周圍氣氛中的含碳原子氣體再次吸附于光學(xué)元件表面,此裂解再次產(chǎn)生。由于碳污染的聚集速率與光子通量成正比關(guān)系,因此在一些高光通量的插入元件,例如第三代光源的undulator光束線中,此污染影響非常明顯。碳污染嚴(yán)重的情況下,在鏡子表面會產(chǎn)生肉眼明顯可見的棕色或黑色條紋。

由于光學(xué)元件上的碳污染是影響同步輻射光束線工作的重要原因,因此對于光學(xué)元件的碳污染的有效清洗是光束線穩(wěn)定運行的保證。直流等離子體放電清洗、射頻等離子體放電清洗以及紫外光/臭氧照射清洗都可用來清洗光學(xué)元件。直流等離子體放電清洗法是在真空腔體中加入放電電極,電極和光學(xué)元件支撐架及箱壁之間發(fā)生放電,產(chǎn)生氧等離子體,氧等離子體與沉積碳反應(yīng)產(chǎn)生CO或者CO2而被真空系統(tǒng)抽出。這種清洗中產(chǎn)生等離子體電極的設(shè)計和安裝需滿足特定要求,以避免光學(xué)元件表面濺射或電極材料濺射沉積到元件表面。紫外光/臭氧照射清洗則是利用汞燈光離解空氣中的氧產(chǎn)生臭氧,臭氧與碳污染物化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性產(chǎn)物而實現(xiàn)清洗。這種方法在汞燈周圍存在很強的臭氧濃度梯度,所以清洗速率強烈依賴于汞燈到光學(xué)元件表面的距離。與直流等離子體放電清洗類似,射頻等離子體清洗是依靠電極與真空室壁之間射頻放電激發(fā)的氧等離子體完成清洗。此方法結(jié)構(gòu)簡單,易于控制,且射頻等離子體所產(chǎn)生的低能量離子對光學(xué)元件產(chǎn)生的損害和污染較少,是一種可行的碳污染清洗方法。

氧氣和氬氣混合氣體產(chǎn)生的等離子體,可以有效清洗在同步輻射X射線作用下所產(chǎn)生的沉積于同步輻射光學(xué)元件表面的碳污染。