[发明专利]一种用于高功率终端光学系统的动态洁净维持系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于高功率终端光学系统的动态洁净维持系统和方法，属于高功率激光装置技术研究领域。所述系统包括层流单元和风刀单元；所述层流单元用于提供动态洁净层流，所述风刀单元用于提供高压风刀气帘。高功率终端光学系统在长期运行中会在其内部的光学元件表面沉积打靶产生的粉尘和气溶胶污染物，导致光学元件的寿命大大缩短，终端光学元件的洁净控制已经成为限制装置高通量运行的瓶颈，本发明因此提出了风刀气帘防护与洁净层流防护相耦合实现光学元件表面洁净管控的技术措施，可防止打靶产生的粉尘和气溶胶污染物附着于光学元件表面，并将其及时排出终端光学系统，因而可长期维持终端光学系统内光学元件表面的洁净。

技术领域

本发明高功率激光装置技术研究领域，具体涉及一种用于高功率终端光学系统内光学元件洁净吹扫的动态洁净维持系统和方法。

背景技术

在高功率激光装置中，光学元件的负载能力是装置输出能力的决定因素之一，而光学元件的洁净状态又直接影响光学元件负载能力。研究发现，光学元件在激光辐照条件下，会产生大量的粉尘和气溶胶污染物，特别是光学元件存在表面损伤时，污染物呈倍数的增加；微米级污染物一旦粘附到光学元件表面，再依靠气流吹扫极难去除。另一方面，终端光学系统由于存在多种不同角度的放置方式，且内部有复杂的电气等其它的辅助设备，它们进一步为洁净吹扫气流场的创造增加了难度。因此，终端光学系统的洁净吹扫及管控技术一直是一个世界难题。

为有效去除终端光学元件表面的污染物，同时又不影响光学元件的性能，相关科研人员进行了广泛的研究。美国国家点火装置和中国某大型激光装置的终端光学系统均采用了气氛室环境下的小气量气体置换技术，长期运行结果表明，光学元件表面的洁净问题没有得到有效解决，终端光学系统内沉积了大量的光学元件损伤后产生的粉尘和气溶胶污染物，导致洁净的光学元件上架后被迅速污染，光学元件的寿命大幅缩短，这已经成为限制驱动器负载能力和高通量运行的瓶颈。

综上所述，高功率激光装置终端光学系统内洁净状态是限制终端光学元件负载能力的主要因素，而现有的洁净管控方法不能有效地保障终端光学元件乃至终端腔体的洁净，这极大地限制了高功率激光装置输出能力的提升，因此，需要一种有效的终端光学系统洁净吹扫方法，提升终端光学元件的负载能力。

发明内容

本发明的发明目的在于为了在线清洁激光装置打靶后的产生的污染物，维持终端腔体及终端光学元件的洁净，改善光学元件的激光诱发损伤而提出了一种洁净吹扫系统和方法。所述系统和方法以高压风刀气帘阻断污染物在光学元件表面的沉降，动态洁净层流及时将污染物排出腔体，构建“风刀”+“层流”的气体吹扫模式，可快速地将污染物带出终端光学系统的腔体，长期维持光学元件表面的洁净。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于高功率终端光学系统的动态洁净维持系统，用于对终端光学系统腔体以及腔体内的光学元件进行洁净吹扫，所述动态洁净维持系统包括风刀单元和层流单元；

所述层流单元用于提供动态洁净层流对尘埃污染物进行清除，所述风刀单元用于提供高压风刀气帘对污染物在光学元件上的沉降进行阻断和隔离。在气体对流通道上，无任何遮挡气流的结构件。

所述层流单元包括外部的层流送风机组、层流送风管道、终端光学系统的进风匀压箱、回流匀压箱和层流回风管道，所述层流送风机组产生的新风即层流送风气体经由层流送风管道经过进风匀压箱后，在终端光学系统的腔体内形成层流气流场，将光学元件产生的污染物带出并通过回流匀压箱回至层流回风管道送至外部层流送风机组的过滤器中。

所述风刀单元由高压洁净气源、风刀气体管道和风刀出口组成，所述高压洁净气源提供的高压洁净气体经风刀气体管道和狭缝状的风刀出口后在光学元件表面形成风刀气帘，并将光学元件产生的污染物带出，该风刀气帘最终与层流气流场一起通过回流匀压箱回至层流单元的层流回风管道中。

层流送风机组由风机和洁净过滤设备组成，进风匀压箱的结构由箱体、端盖和高效过滤器组成，回流匀压箱的结构由箱体、端盖和多孔板组成。