终端光学组件内颗粒污染物运动仿真与洁净实验

发布时间：2020-09-17 18:53

　　激光约束核聚变因其产物清洁、原材料丰富、效率高等特点,成为解决能源问题的重要关注点。除了装置的结构问题,提高装置的负载能力和转换效率也是目前这类装置的重点研究方向,而光学元件的损伤是限制装置的负载能力的主要因素。在高能激光通过时,装置内的污染物会导致光学元件的损伤,缩短光学元件的使用寿命,增加了装置的维护成本。所以,本文以高功率激光器中终端光学组件内激光损伤的颗粒污染物的产生和传播规律为研究对象,开展基于因激光损伤产生的污染物微粒的运动分析和实验研究,以及基于装置内部洁净气体置换技术、洁净风刀技术和静电技术的仿真和实验研究。以保持装置内部一定的清洁度,为终端光学组件的光学设计和洁净控制提供了理论和实验依据。论文首先对熔石英损伤所产生的颗粒污染物的出射速度进行了分析和实验,并在此基础上,分别采用理论计算方法和流体动力学计算方法,建模并分析了激光损伤产生的污染物颗粒在常压下的运动规律,以及层流风对颗粒污染物运动的影响规律。在此基础上,设计了污染物颗粒传播规律研究的实验方案,通过搭建实验平台,分别采用粒子计数器技术、图像处理技术等对不同激光通量下熔石英损伤时颗粒污染物的产生和传播规律进行了实验研究,对仿真结果进行了验证。并通过实验研究了装置结构件在杂散光作用下产生的颗粒污染物的分布情况,确定两种激光损伤的污染源。其次,对由激光损伤而产生的颗粒污染物的在不同洁净手段下的洁净效果进行仿真研究。探究不同直径大小的微粒,以不同速度射出时,在外加风刀、电场的作用下的清洁效果;模拟终端光学组件倍频模块的内流场的空气流动规律,验证清洁方案的可行性。最后,搭建洁净实验平台,通过固定风速的层流风和定压强的风刀对具有一定初速度的不同直径大小的从光学元件射离的污染物微粒的洁净效果进行实验分析。以及在小倍频模块内倾撒不同直径大小污染物微粒,对其在层流风作用下的洁净效果进行实验分析。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL632.1
【部分图文】：

结构图,光学组件,终端,结构图

图 1-1 终端光学组件结构图借鉴于美国的国家点火装置（National Ignition Facility，NIF），传统的保方法是不够的[12]，在装配中也存在着一定的杂质污染。由于污染物微粒会加重对光学元件表面的损伤，降低了光学元件的寿命[13]。出于降低激程中的散射损耗，以及降低光学元件在激光照射下的损伤的考虑，保持清洁是至关重要的。高能激光会对光学元件表面造成损伤[14]，伴随着表面损伤的增长，会发热和等离子体产生，以及随后的熔融材料的飞溅[15]。在激光的烧蚀下，粒以近乎垂直于表面的方向，并以一定的动量射离光学元件表面。且等生可能导致破损碎片的加速[16]。由于在终端光学组件中有大量的大口径件，有的相邻的光学元件间的距离很近，受损的光学元件飞溅出的具有的杂质粒子可能会对相邻的光学元件造成损伤，大大降低了光学元件的。所以，如何维持终端光学组件内的洁净，阻断终端光学组件内由激光损件产生的高速污染物微粒在光学元件间相互污染的途径，以保持光学组

照片,光学元件,照片,光学组件

a) 常压下 b) 真空下图 1-2 在激光作用下逃逸光学元件表面的微粒的连续的延迟的照片段存在的问题III 在激光打靶的过程中，光学元器件在激光作用下会产生杂质污神光-III 的终端光学组件内部能够达到 100 级的清洁度要求，对气体冲扫装置的设计是有很大必要的。而且冲扫的洁净气流还产生的一部分热量，对光学元器件起到一定的保护作用。用的洁净气体冲扫，虽然能够对终端光学组件产生一定的清洁研究只是针对于悬浮在装置内的杂质微粒和沉降在光学元件表于由激光造成光学元件损伤产生的带有一定动能的高速杂质微而高速粒子对相邻的光学元件有着更大的威胁。所以针对如何的高速污染物微粒及时清除在装置外，防止污染物微粒对其他污染的研究是有很重要的研究意义的。研究内容

石英片,工程硕士学位,聚焦镜,论文

石英片

【相似文献】