一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種核聚變等離子體診斷系統(tǒng)，具體涉及一種基于激光和光學(xué)技術(shù)的真空室中光學(xué)元件的在線清洗方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在受控核聚變實(shí)驗(yàn)研究中，科學(xué)家需要借助各種光學(xué)診斷系統(tǒng)獲得等離子體放電過程中的基本物理參量如電子密度、電子溫度、放電中的雜質(zhì)含量、放電位型的變化等。由于聚變裝置的復(fù)雜性，這些光學(xué)診斷系統(tǒng)必須利用放置在裝置真空室中的光學(xué)元件如金屬反射鏡、凹面反射鏡、石英窗口等將探測束傳遞出來到達(dá)探測器進(jìn)行測量。這些放置在真空室中傳遞光信號的光學(xué)元件被稱為第一鏡。
[0003]聚變裝置的第一鏡由于工作在高溫高密的等離子體放電環(huán)境中，放電中的雜質(zhì)粒子將沉積于光學(xué)元件的表面，隨著時(shí)間的增長，沉積厚度增加，光學(xué)元件的反射率將下降，甚至無法傳遞光學(xué)信號，而聚變裝置在放電期間真空室不能打開，也不能更換污染的光學(xué)元件。因此必須建立第一鏡的在線清洗系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法與裝置，該方法不需要打開真空室，不改變第一鏡的空間位置，能實(shí)現(xiàn)鏡面污染物的清除，延長鏡面高反射率的使用壽命。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法，包括如下步驟:
[0006]步驟一、利用激光發(fā)射器得到一束高能量光束；
[0007]步驟二、利用光束變換光路和計(jì)算機(jī)控制的振鏡將步驟一的光束照射在置于遠(yuǎn)處真空室中的待清洗的第一鏡表面并能夠在χ-y方向進(jìn)行光點(diǎn)的掃描；
[0008]步驟三、調(diào)節(jié)步驟一光束的能量，使其大小滿足第一鏡表面雜質(zhì)吸熱蒸發(fā)，同時(shí)第一鏡基底不被熔化，即達(dá)到清洗目的；通過步驟二逐步將激光光束在第一鏡表面掃描，實(shí)現(xiàn)對面積大于激光光斑的第一鏡表面整體的遠(yuǎn)程在線清洗；
[0009]步驟四、利用步驟二的變換光路將一束可見光引入真空室并照亮第一鏡表面，用一個(gè)C⑶相機(jī)拍攝第一鏡表面圖像光強(qiáng)I，根據(jù)公式R = 1/1。即可得到清洗后的第一鏡反射率，其中Ic為沒有污染的第一鏡的光強(qiáng)，I1為污染后的第一鏡激光清洗后的光強(qiáng)。
[0010]所述步驟一中的光束為一種波長為1.06微米和0.53微米，脈沖寬度為10納秒，能量為I焦耳的短脈沖激光光束。
[0011]光束變換光路能夠通過組合聚焦透鏡調(diào)節(jié)照射在第一鏡表面的光斑大小，使激光能量密度達(dá)到0.5J/cm2-lJ/cm2。
[0012]光束變換光路能夠通過一片雙色分束片將可見光反射進(jìn)真空室中的第一鏡表面，同時(shí)將第一鏡表面的圖像傳輸?shù)紺CD相機(jī)。
[0013]一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的裝置，它包括脈沖激光器、兩維振鏡系統(tǒng)、CCD相機(jī)和輔助光源及光路傳輸系統(tǒng),其中，兩維振鏡系統(tǒng)、光束變換系統(tǒng)、雙色分束器、聚變裝置診斷窗口、第一鏡、聚變裝置真空室沿著一條直線設(shè)置，聚變裝置真空室上開有聚變裝置診斷窗口，兩維振鏡系統(tǒng)的一側(cè)設(shè)置有脈沖激光器，雙色分束器的一側(cè)設(shè)有輔助光源，輔助光源的外側(cè)設(shè)有CCD相機(jī)。
[0014]所述CXD相機(jī)為黑白相機(jī)，具有高的灰度分辨能力。
[0015]所述雙色分束器對于激光光束全透射，對于可見光全反射。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過選擇合適的激光參數(shù)，利用激光與第一鏡表面污染物相互作用，產(chǎn)生熱膨脹，在短的時(shí)間內(nèi)爆炸并氣化蒸發(fā)，脫離鏡面達(dá)到清潔作用；利用振鏡依次掃描整個(gè)第一鏡鏡面達(dá)到大面積清洗目的；通過CCD對第一鏡表面成像，分析圖像的明暗灰度變化，得到第一鏡清洗結(jié)果數(shù)據(jù)和鏡面反射率恢復(fù)狀態(tài)監(jiān)測；利用一套激光光路轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，通過激光束腰的變換可將聚焦的激光光斑位于所需要清洗的鏡面，實(shí)現(xiàn)在線清洗而又不損壞其它設(shè)備的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所提供的一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的裝置示意圖。
[0018]圖中:I脈沖激光器，2兩維振鏡系統(tǒng)，3光束變換系統(tǒng)，4雙色分束器，5輔助光源，6CXD相機(jī)，7聚變裝置診斷窗口，8第一鏡，9聚變裝置真空室。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0020]如圖1所示，一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的裝置它包括脈沖激光器、兩維運(yùn)動(dòng)的振鏡、CCD相機(jī)和輔助光源及光路傳輸系統(tǒng)。其中，兩維振鏡系統(tǒng)2、光束變換系統(tǒng)3、雙色分束器4、聚變裝置診斷窗口 7、第一鏡8、聚變裝置真空室9沿著一條直線設(shè)置，聚變裝置真空室9上開有聚變裝置診斷窗口 7，兩維振鏡系統(tǒng)2的一側(cè)設(shè)置有脈沖激光器1，雙色分束器4的一側(cè)設(shè)有輔助光源5，輔助光源5的外側(cè)設(shè)有CCD相機(jī)6。
[0021]脈沖激光器的光束I通過振鏡2、光束變換系統(tǒng)3和雙色分束器4引入真空室9并聚焦到第一鏡8表面，第一鏡表面的雜質(zhì)吸收激光能量并蒸發(fā)；
[0022]輔助可見光光源5通過和雙色分束器4進(jìn)入真空室9并照射到第一鏡8表面，反射光原路返回到雙色分束器4并被CCD相機(jī)6接收，并記錄光強(qiáng)信號。
[0023]聚變裝置真空室9上開有聚變裝置診斷窗口 7，兩維振鏡系統(tǒng)2的一側(cè)設(shè)置有脈沖激光器1，雙色分束器4的一側(cè)設(shè)有輔助光源5，輔助光源5的外側(cè)設(shè)有CCD相機(jī)6。
[0024]其中，脈沖激光器為一種波長為1.06微米和0.53微米，脈沖寬度為10納秒，能量為I焦耳左右的短脈沖激光器，通過光斑大小和能量的整合得到最佳的清洗能量密度。一套兩維的振鏡系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)激光光斑在一平面上兩維掃描。掃描間隔為l-10mm。掃描模式多樣可選。一臺焦距可調(diào)可見光CCD相機(jī)，圖像灰度可度量。一套可調(diào)節(jié)的激光光斑成像光學(xué)系統(tǒng)。
[0025]如圖1所示，由YAG脈沖激光器I輸出的一激光束傳輸?shù)接蓛擅娣瓷溏R構(gòu)成的振鏡2，振鏡系統(tǒng)中的每面鏡子分別與步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)，通過程序控制電機(jī)使鏡子在一維度上偏轉(zhuǎn)，兩個(gè)振鏡可實(shí)現(xiàn)X-Y的兩維掃描；激光光斑通過光束變換系統(tǒng)3、雙色分束器4 (該分束器對YAG波長激光全透射，對可見光全反射)和診斷窗口 7被聚焦在第一鏡8的表