主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法，所述装置包括激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体以及连接三个腔体的气体导管。所述方法是通过对第一循环腔体和第二循环腔体交替加热、制冷来实现气体在三个腔体之间的流动，当高温腔内气体携带挥发出的碳氢有机物分子流动到低温的密封循环腔时，通过腔内的放电装置对气体及碳氢有机物分子进行放电，实现对气体中挥发物进行燃烧，从而去除激光器腔体内部的污染物。燃烧产生的二氧化碳气体留在腔体中，水分子通过循环通路中的分子筛进行吸附。本发明专利技术与传统方法相比，可以对污染物进行彻底去除，激光器内部污染物能够长期处在较低的水平，激光器使用寿命更长。命更长。命更长。

【技术实现步骤摘要】
主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法


[0001]本专利技术属于激光
，具体涉及一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法，特别是一种应用于空间应用激光器的，采用热膨胀实现内部空气对流及利用高压放电实现气体净化的装置及方法。

技术介绍

[0002]空间应用激光器通常都具有脉冲能量大(或功率高)、光束质量高、使用寿命长等特点。例如，2003年美国宇航局发射的对地测绘卫星ICESat
‑
1上的GLAS激光器，脉冲能量110mJ(75mJ@1064nm，35mJ@532nm)，光束质量M2为1.8，在轨寿命3年；2018年欧空局发射的测风激光雷达ALADIN上的激光器，脉冲能量60mJ@355nm，光束质量为1.5，在轨寿命3年。
[0003]这些指标特点，尤其是长寿命，对空间应用激光器的可靠性提出了严峻考验。由于在轨寿命时间长，激光器内部非金属材料会随着时间逐渐挥发出过量的可凝挥发物(主要成分为碳氢有机物分子)，继而附着在光学元件表面，当激光振荡输出时，激光穿透过这些表面时，就容易引起光学元件表面膜层损伤，当激光持续振荡，激光会在透过损伤点时发生衍射及干涉，进而在光路上形成一系列强点，使损伤范围不断扩大，直至整台激光器失效。
[0004]GLAS的第一台激光器只工作了37天后便失效，第二台也出现了能量急剧衰减，不得不将每月一次的探测模式调整为每年二次。ALADIN激光器在发射4个月后，激光能量就出现了大幅下降，使任务不得不切换到备份激光器。根据原因分析，上述故障的主要原因就是非金属物挥发出的碳氢化合物污染了光学表面。
[0005]为了降低污染物的影响，科研人员在激光器中采用了多种方案，如专利CN201711061321.2公布了一种通过将光学元件在低温下进行氢氟酸刻蚀处理提高光学元件的损伤阈值；该思路的专利还有CN201910856198.6、CN201910640397.3、CN201910363334.8、CN201910090957.2、CN201710355002.6等都是提高光学元件损伤阈值的方法；但一方面，在相当多的激光器中，非金属物的使用难以避免，如导线绝缘层、光电器件外壳、镜片与镜框的缓冲材料、螺纹胶等等。另一方面，上述方法中，污染物得不到根本去除，污染风险仍然存在，而对于长寿命要求的空间应用激光器的可靠性设计也因此受到极大挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法。
[0007]本专利技术解决技术的方案是：
[0008]一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，包括激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体；
[0009]激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体均为密封腔体，激光器腔体内部安装有激光器内部部组件；激光器腔体通过第一气体导管与第一循环腔体连接，通过第二气体
导管与第二循环腔体连接；
[0010]第一循环腔体与第一气体导管连接处内部设置有第一分子筛，第一正惰性电极板和第一负惰性电极板位于第一循环腔体中，且第一正惰性电极板和第一负惰性电极板均与第一循环腔体绝缘，第一循环腔体上设置有第一充气气阀；
[0011]第二循环腔体与第二气体导管连接处内部设置有第二分子筛，第二正惰性电极板和第二负惰性电极板位于第二循环腔体中，且第二正惰性电极板和第二负惰性电极板均与第二循环腔体绝缘，第二循环腔体上设置有第二充气气阀；
[0012]激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体均设置有控温系统。
[0013]激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体均采用金属密封设计，并相互绝热安装，第一气体导管和第二气体导管为波纹管。
[0014]装置整体漏率不大于10
‑8pa
·
m3s
‑1。
[0015]第一充气气阀的骨架元素为硅、铝、磷、锰、钴、钛、铬、锗、铁、锌、铜、硼、铍或钒；第二充气气阀的骨架元素为硅、铝、磷、锰、钴、钛、铬、锗、铁、锌、铜、硼、铍或钒。
[0016]第一循环腔体和第二循环腔体充入的气体中包括氧气。
[0017]第一正惰性电极板和第一负惰性电极板材料相同，材料为钛、钨、金、银、石墨或其化合物；
[0018]第二正惰性电极板和第二负惰性电极板材料相同，材料为钛、钨、金、银、石墨或其化合物。
[0019]利用所述主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置的主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的方法，包括如下步骤：
[0020]打开第一充气气阀和第二充气气阀，分别向第一循环腔体和第二循环腔体充入足量洁净气体；
[0021]通过控温系统将激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体控制在相同温度点上；
[0022]通过控温系统控制第一循环腔体升温，第二循环腔体降温，第一循环腔体内部气体通过第一分子筛后，通过激光器腔体流向第二循环腔体，一段时间后，第二循环腔体内气体浓度达到最高时，给第二正惰性电极板和第二负惰性电极板通入高压，使第二循环腔体内部产生高压放电，分解污染物；
[0023]待放电充分后，再通过控温系统控制第二循环腔体升温，第一循环腔体降温，第二循环腔体内部气体通过第二分子筛后，开始向激光器腔体及第一循环腔体流动，一段时间后，第一循环腔体内气体浓度达到最高时，给第一正惰性电极板和第一负惰性电极板通入高压，使第一循环腔体内部产生高压放电，分解污染物；
[0024]待放电充分后，通过控温系统将第一循环腔体和第二循环腔体恢复初始温度，完成清洁循环。
[0025]通过控温系统控制第一循环腔体升温，第二循环腔体降温时，需要保证升温后第一循环腔体内的压强是降温后第二循环腔体压强的1.2倍以上；
[0026]通过控温系统控制第二循环腔体升温，第一循环腔体降温时，需要保证升温后第二循环腔体内的压强是降温后第一循环腔体压强的1.2倍以上。
[0027]给第二正惰性电极板和第二负惰性电极板通入1kV
‑
80kV的电压；
[0028]给第一正惰性电极板和第一负惰性电极板通入1kV
‑
80kV的电压。
[0029]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0030]1、本专利技术气体循环通过气体膨胀收缩来实现，在通路中没有气泵等有源设备，避免了非金属物的使用及可能的二次污染；
[0031]2、本专利技术通过对挥发物进行放电燃烧，能够最大限度去除污染物，与传统的方法相比，改善污染致激光损伤效果更明显；
[0032]3、本专利技术的气体循环通过气体膨胀收缩来实现，避免使用其他机电设备，可靠性更高；
[0033]4、本专利技术与传统方法相比，由于可以对污染物进行彻底去除，因此，激光器内部污染物能够长期处在较低的水平，因此激光器使用寿命更长。
附图说明
[0034]图1为本专利技术装置整体构型图。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，其特征在于：包括激光器腔体(1)、第一循环腔体(5)和第二循环腔体(11)；激光器腔体(1)、第一循环腔体(5)和第二循环腔体(11)均为密封腔体，激光器腔体(1)内部安装有激光器内部部组件(2)；激光器腔体(1)通过第一气体导管(3)与第一循环腔体(5)连接，通过第二气体导管(9)与第二循环腔体(11)连接；第一循环腔体(5)与第一气体导管(3)连接处内部设置有第一分子筛(4)，第一正惰性电极板(6)和第一负惰性电极板(7)位于第一循环腔体(5)中，且第一正惰性电极板(6)和第一负惰性电极板(7)均与第一循环腔体(5)绝缘，第一循环腔体(5)上设置有第一充气气阀(8)；第二循环腔体(11)与第二气体导管(9)连接处内部设置有第二分子筛(10)，第二正惰性电极板(12)和第二负惰性电极板(13)位于第二循环腔体(11)中，且第二正惰性电极板(12)和第二负惰性电极板(13)均与第二循环腔体(11)绝缘，第二循环腔体(11)上设置有第二充气气阀(14)；激光器腔体(1)、第一循环腔体(5)和第二循环腔体(11)均设置有控温系统。2.根据权利要求1所述的一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，其特征在于：激光器腔体(1)、第一循环腔体(5)和第二循环腔体(11)均采用金属密封设计，并相互绝热安装，第一气体导管(3)和第二气体导管(9)为波纹管。3.根据权利要求1所述的一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，其特征在于：装置整体漏率不大于10
‑8pa
·
m3s
‑1。4.根据权利要求1所述的一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，其特征在于：第一充气气阀(8)的骨架元素为硅、铝、磷、锰、钴、钛、铬、锗、铁、锌、铜、硼、铍或钒；第二充气气阀(14)的骨架元素为硅、铝、磷、锰、钴、钛、铬、锗、铁、锌、铜、硼、铍或钒。5.根据权利要求1所述的一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，其特征在于：第一循环腔体(5)和第二循环腔体(11)充入的气体中包括氧气。6.根据权利要求1所述的一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，其特征在于：第一正惰性电极板(6)和第一负惰性电...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜凡江，杨超，史文宗，闫莹，桑思晗，蒙裴贝，罗萍萍，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：