Thorlabs技术文章—光学元件的操作和清洁教程

▍光学元件的操作和清洁教程

光学元件因为脆弱所以需要遵循特殊操作程序才能提高性能和寿命。光学元件在日常使用中会接触灰尘、水汽和皮肤油脂等污染物。这些污渍增加光学表面散射，并且吸收入射光，从而在光学表面形成热点，造成永久性损伤。镀膜光学元件特别容易受到这种损伤。

本教程介绍一般的处理和清洁方法，适合很多光学元件。由于光学元件在材料、尺寸、脆弱程度等方面的差异，必须使用正确的操作和清洁方法。某种方法可能适合这种光学元件，但是可能毁坏其它类型的光学元件。所以，我们建议您在清洁光学元件前完整地阅读本教程。对于教程中没有特别提到的光学元件种类，请联系光学元件制造商咨询具体的操作和清洁方法。

▍操作

使用正确的操作技巧可以减少光学元件的清洁次数，从而提高它们的使用寿命。请在干净和温控环境中打开光学元件包装。绝不要直接手拿光学元件，因为皮肤油脂可能永久损伤光学表面。正确的做法是佩戴手套。对于较小的光学元件，使用光学级或真空镊子更方便。不管用什么方法夹持光学元件，如果可能，都只能通过磨砂边缘等非光学表面夹持。

重要提示：不能用手或光学操作仪器接触以下光学元件的光学表面：全息光栅、刻划光栅、第一表面无保护金属反射镜和薄膜分束镜(当然还有很多其它类型)。这些光学元件特别敏感，任何直接接触都会导致损伤。

警告：大多数晶体(比如方解石、光束位移器、铌酸锂晶圆和电光调制器)对温度敏感，可能受热冲裂开。因此，在打开前一定要保证包装和内部物品达到温度平衡。这些晶体比普通光学元件软很多，所以在清洁时更要小心操作。

▍保存

不要把光学元件放在坚硬表面上，因为两个表面的杂质都会磨伤光学元件。大多数光学元件都应该用透镜纸包裹，然后存放在特定光学元件存储盒中。一般要把存储盒保存在低湿度、高清洁度和温控环境中。光学元件容易被划伤或者污染，而且某些光学镀膜具有吸湿性，因此正确存储对保护光学元件非常重要。

▍检查

一般情况下，光学元件使用前以及清洁前后都要检查。因为大多数污染物和表面缺陷都很小，因此经常需要使用放大设备检查光学元件。即使用了放大设备，有时还需用亮光照射光学表面，提高表面污染物和缺陷的反射强度。

检查反射膜表面时，光学元件与视线接近平行。近似平行地观察光学表面，不要直视它，这样就可以看到污染物，而不是反射光。透镜等抛光表面应该垂直于视线，这样可以整体检查光学元件。

如果清洁的光学表面有缺陷，可以通过比较已校准的划痕-麻点对照板确定缺陷的等级。如果表面缺陷尺寸超过了制造商的划痕-麻点规格，那么需要更换光学元件才能满足性能要求。

▍清洁程序

如果有，务必阅读制造商推荐的清洁和操作程序。因为清洁光学元件总是需要操作光学元件，所以在使用以下清洁指南时，请时刻遵守照正确的操作程序。如果清洁或操作不当，会永久性地损伤光学元件。

在清洁之前，先检查光学元件，确定污染的类型和程度。不能忽略检查步骤，因为经常需要使用溶液清洁光学元件，而且会直接接触光学元件，如果频繁清洁可能损伤光学表面。

如果光学元件上有多种污染物，那么需要非常注意清洁顺序，因为清洗某种杂质时，另一种杂质可能会损伤光学表面。比如，如果一个光学元件同时被油污和灰尘污染，如果先擦拭油污会划伤光学表面，因为在擦拭时灰尘也会摩擦表面。

▍吹拭光学元件的表面

在使用其它任何清洁方法前，通常需要先吹扫灰尘和其他松散的污染物。这种方法需要使用惰性除尘气体罐或者鼓风球。不要直接用嘴吹表面，因为很可能把唾液沉积在光学表面上。

如果使用惰性除尘气体，请在使用前和使用中都将气罐正置。使用前或使用中不要摇晃气罐。另外，开始吹气时气嘴不要正对光学元件。这些步骤有助于防止惰性气体推进剂沉积在光学表面上。如果使用灌装气体，使气罐距离光学元件大约6英寸，并使用短吹方式。自由移动惰性气罐喷嘴，使喷嘴与光学元件的表面形成掠射角吹气。对于大表面，在光学表面以8字形吹气。

这种清洁方法适用于几乎所有类型的光学元件。然而，对于某些光学元件，比如全息光栅、刻划光栅、无保护层的金属反射镜、方解石偏振器和薄膜分束镜，物理接触可能损伤光学元件，吹扫唯一可用的清洁方法。由于这种清洁方法具有无接触和不用溶剂的特点，在几乎所有光学元件的清洁中它应该以第一步进行。

敬告：薄膜分束器上2 μm厚的硝化纤维膜特别脆弱，表面很容易被空气压力破坏。如果使用灌装空气吹扫这种光学元件，请确保瓶子离得够远，以防破坏膜层。

敬告：方解石偏振器经过抛光的溢出面非常脆弱，如果吹气太接近可能损伤表面。

▍其它清洁方法

如果吹拭光学元件表面还不够，下面介绍其它清洁方法和材料。清洁光学元件时一定要使用干净的擦拭纸和光学级溶剂，防止污染物的损伤。擦拭纸必须用合适的溶剂润湿，绝不能干燥使用。可用的擦拭品(柔软度级别)为纯棉(比如Webril擦拭纸或者棉球)、镜头纸和棉签。

清洁中通常使用的溶剂有丙酮、甲醇和异丙醇。使用溶剂时必须仔细，因为大多数溶剂有毒、易燃，或者两者兼有。使用任何溶剂前请仔细阅读产品数据表和MSDS文件。

▍清洗光学元件

如果制造商认可，指纹和大灰尘粒子可以通过浸泡在蒸馏水和光学肥皂中轻度溶液中去除。光学元件只能以最短的浸泡时间除去污染物。然后用干净的蒸馏水润洗光学元件。根据光学元件的不同，可以选择拖放或透镜纸(棉签)方法，将丙酮和甲醇等迅干溶剂涂在光学元件上，以此加速干燥。在干燥过程中避免清洁溶剂形成小水滴，因为这可能会在光学表面留下条纹。

▍拖曳方法

拖曳方法可以用于清洁高于周围表面的平坦光学表面。首先，检查光学元件并确定污染物的位置。这样有助于尽快将污染物从光学元件表面沾起，而不用在光学元件表面拖动。检查后，放好或固定光学元件，使横向施加在表面的微弱的力不会移动光学元件。取一张干净的透镜纸置于光学元件上方(不接触)，当你拉动透镜纸时使它掠过光学表面。然后在光学元件上方的镜头纸上滴一到两滴快干溶剂。溶剂的重量会拉低透镜纸并接触光学表面。缓慢稳定地拉动湿纸滑过光学元件，不要让透镜纸脱离表面。继续拉动透镜纸，直到离开光学表面。

对于正确的溶剂用量，透镜纸既在整个拖曳过程中保持潮湿，拖曳结束后又不会在光学表面上留下任何可见的痕迹。检查光学元件，如果需要重复拖曳，但每张透镜纸只能用一次。这种清洁方法是许多光学元件的首选，因为透镜纸只是轻微接触光学表面。这种方法能成功除去光学表面附着的微小颗粒和油脂。污染物较重时一般需要多次处理。

▍镊子夹透镜纸或者棉签法

这种方法经常用于需要用溶液清洁的已安装或曲面光学元件。检查光学元件确定污染源的位置。规划好擦拭路径，使大污染物以最短路径拖过光学表面。如果镜头纸用过，可以对折透镜纸，但是手不能碰将与光学元件接触的部分。用镊子夹紧透镜纸，使之能平滑地擦过光学表面。然后在透镜纸上滴几滴溶液。透镜纸要湿润但不能滴水，如果溶液太多，甩甩透镜纸把多余的溶液甩掉。透镜纸必须平滑地拖过光学表面。

在擦拭过程中，连续而缓慢地旋转透镜纸。这样能连续改变与光学表面接触的部分，从而将任何累积的污染向上转动并脱离表面。擦拭后检查光学元件是否还有任何残留的污染或者条纹，如果需要，使用新的透镜纸重复清洁过程。如果透镜纸溶剂太多或者透镜纸边缘擦过的光学表面上可能形成条纹。如果在透镜纸边缘形成条纹，选择更大的涂敷器或者连续擦拭，以此消除光学表面的擦拭痕迹。如果使用螺旋或者蜿蜒的擦拭路径，可能需要使用挥发较慢的溶剂，使得擦拭结束前光学表面不干燥。

▍用纤维擦拭纸清洁

Webril清洁垫是柔软的纯棉擦拭产品，非常适合用于清洁很多光学元件。它们能很好地锁住溶剂，不像透镜纸或者棉签很快挥发，也不像其它擦拭产品会迅速分离。这些擦拭垫的外边缘会留下一些皮棉，所以清洁时需要折叠边缘。

对于较小的光学元件，可以把Webril清洁垫卷成锥形，使用溶剂润湿末端，以此点作为擦拭区域。对于较大的光学元件，先把清洁垫切成大小约2.6英寸x4英寸的三个部分。沿长边折叠后大小为1.3英寸x4英寸，然后从距离末端约1英寸处折叠。用溶剂湿润最后折叠的边缘，使用这个边缘擦拭或清洁光学表面。使用泵瓶分配溶剂，方便一手拿光学元件，另一手润湿清洁垫。

在清洁中请佩戴手套或指套。一只手拿起光学元件，然后用Webril清洁垫轻轻地、连续地、缓慢地擦拭光学元件整个表面，防止产生条纹。为了避免产生条纹，您可能需要调整溶剂量、擦拭的力量和/或擦拭速度。擦拭时间也随溶剂不同而不同。比如，如果使用丙酮，擦拭速度需要比使用酒精时稍快一点，因为丙酮干燥更快。

▍光学元件操作和清洁工具

1. 手套：拿取几乎任何未安装光学元件时都要佩戴手套。拿取光学光学元件一般配搭无绒棉手套或无粉末乳胶手套。

2. 镊子：光学镊子和真空镊子常用操作较小的光学元件。光学镊子用于夹取坚硬的小物体，这样不易滑落并能增强触感。另外，特殊设计的光学镊子末端使用类似碳树脂材料制造，能够降低刮坏光学元件的风险。真空镊子使用吸盘吸取光学元件。末端有很多类型，可以吸取不同形状和尺寸的光学元件。此外，由于通过吸住光学元件，很多用户认为更好拿取光学元件，因为相比传统的光学镊子，真空镊子不用考虑施加在光学元件的压力。

3. Webril清洁垫：这种清洁垫用纯棉制作，可用于清洁光学元件或任何其它表面。虽然边缘可能掉绒，但是通过折叠并用折叠边缘清洁光学元件可以避免这个问题。这种清洁垫由于表面柔软也可用于放置光学元件。

4. 透镜纸：透镜纸用来拿取和清洁光学元件，因为它能提供具有柔软的无摩擦表面，可安全接触多种光学表面。光学元件经常用透镜纸包裹后再存放到存储盒中。

5. 光学存储盒：光学元件存储盒通常有泡沫或模压塑料填充物。这些填充物可以保证光学元件不会在盒子里面移动，光学表面不会接触坚硬表面。很多光学元件经常用透镜纸包裹后再存放到存储盒中。对于较小的光学元件，折叠透镜纸来包装光学元件比包裹它更容易。

6. 放大镜：头戴式放大镜和经济型放大镜可用于仔细检查较小的光学元件。在确定光学表面清洁度和光学表面完整性时很有用，可以帮助确定合适的清洁过程。另外，如果在放大镜下发现光学元件受损，应该更换光学元件。

7. 划痕-麻点参考板：多数光学元件提供制造商规定的划痕-麻点公差，用于说明光学表面质量等级。划痕麻点参考板有一系列校准的光学缺陷，能够帮助用户确定划痕粗细和深度。通过比较光学元件和划痕-麻点参考板上的缺陷，可以确定光学元件是否符合制造商规格。如果规格不满足，需要退回或更换光学元件。

8. 惰性除尘气体：压缩的惰性除尘气体非常适合清除灰尘和其它未粘附光学表面的污染物。其它气源还有鼓风球。压缩的惰性除尘气体能提供持续的高压气流，可以将松散的污染物从光学表面吹走。然而，由于气体是从加压罐中排放，通常会比周围环境温度更低，所以会降低光学元件表面温度。另外，压缩气流中可能含有气罐推进剂，它们可能沉积在光学元件表面。鼓风球没有温度和推进剂问题，但是吹到光学表面的空气可能含有污染物，可能会也可能不会附着在光学表面。对于那些不能接触表面的光学元件，吹拭是唯一可用的清洁方法。

9. 镊子：在使用透镜纸进行清洁时可以用镊子夹持透镜纸。因为镊子容易划伤光学表面，所以请确保不要使镊子接触光学元件。

10. 棉签(用户可能不用镊子而改用棉签。棉签一般是长为6英寸(15厘米)的木棍，一端裹脱脂棉，可用于涂覆各种清洁剂。棉签很适合用于清洁光线接头端等较小的光学表面。对于较大表面，清洁后一般会留下条纹。注意：这种棉签不是Q-Tips或其它药店所售棉签。这种棉签是光学级产品，不会在光学元件上留下污染物，而且材料(通常是棉)中不像药店所售棉签含有磨料纤维。

11. 光学清洗剂：光学清洗剂有很多种，包括蒸馏水、丙酮、甲醇和异丙酮。有时还可以是蒸馏水加温和肥皂的溶液。新型清洗剂还有精密光学清洁剂、光纤制备液和光纤清洁剂。请注意一定要使用光学级溶剂，因为如果溶剂含有污染物，那么在清洁过程中污染物会沉积在光学表面。光学元件只能使用制造商认可的溶剂，以免可能损伤光学元件。比如，许多光学胶可溶解在丙酮中，所以使用丙酮清洁这种光学元件可能造成永久损伤。

▍重要事项

清洁前确保冷却光学元件

任何时候都必须遵循拿取技术

不能浸泡胶合光学元件

谨慎使用清洁剂。有些可能有毒或易燃，所以操作之前请仔细阅读标签。通过正确拿取和清洁光学元件可以延长寿命。如果您对光学元件的操作和清洁有任何疑问，请联系技术支持。

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