【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，属于透镜保护装置领域。
技术介绍
1、当脉冲激光作用于物质的表面，物质中的电子吸收激光的能量发生热化，并发射声子冷却，当声子系统与最初加热的电子系统达到局部热力学平衡时，开始进行热烧蚀。随着物质的温度不断升高，物质表面先后发生熔融、气化等现象。气化的物质继续吸收激光的能量发生电离，产生由离子、中性原子、电子混合的等离子体。等离子体向激光入射的反方向运动，同时伴随着材料的移除，这就是脉冲激光烧蚀的过程。
2、等离子体对激光具有吸收作用，会抑制激光与物质的耦合作用。当前研究已经证实，真空环境有助于等离子体的耗散，减小等离子体对激光的吸收，增加作用于材料上的激光能量，可以使激光烧蚀的效率增加。
3、等离子体的运动沿着激光入射的反方向，当在真空环境下时，等离子体沿着激光入射方向的运动距离大幅增加，并且等离子体的温度最高可达上万摄氏度，此时，聚焦透镜会迅速升温发生变形，从而改变透镜的参数，并且聚焦透镜上的镀膜会在高温作用下被迅速破坏。在过去的实验中，未采用保护装置时，聚焦透镜将出现热应力破坏以及镀膜损坏。
4、目前解决这一问题的方法主要有三种，一是可以通过增加透镜焦距以减少运动到透镜上的等离子体，然而增加透镜焦距会使聚焦光斑变大，这在很多使用场景下是不可接受的；二是将烧蚀靶材倾斜一定的角度，这种方法在初始阶段可以约束等离子体沿靶材方向运动，然而随着烧蚀孔深度的增加，等离子体会受到小孔的约束从而回到激光入射方向；三是可以使用热膨胀系数小的石英材质透镜，以尽量避
技术实现思路
1、激光诱导的等离子体是由自由电子、正离子以及部分中性粒子组成，自由电子数量和正离子几乎相同，整体呈现电中性，并且表现出显著的集体行为，当周围存在电磁场时，等离子体的运动将主要受到电磁场的支配，故使用电磁场操控等离子体的运动，能够有效保护镜片免受等离子体的破坏。以往的研究已经表明，电磁场会对激光烧蚀的过程产生影响，如果不对电磁场进行屏蔽，将会对科学研究过程造成干扰，另外由于磁场的产生和屏蔽远比电场的产生和屏蔽复杂，本申请采用电场的基本原理来设计镜片保护装置。
2、本申请的目的在于设计出一种高性价比的装置，来解决真空环境脉冲激光烧蚀过程中的透镜保护问题。
3、根据本申请的一个方面，提供了一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，包括屏蔽罩，所述屏蔽罩一端贴紧光阑，所述光阑靠近电极部，所述电极部与电源相连；
4、电源给电极板施加36v的电压(人体安全电压)，可以根据材料特性以及实际条件进行适当的调整。
5、所述屏蔽罩、所述光阑、所述电极部分别通过支撑部固定在位移台上；
6、所述位移台应当至少具有二维位置调节功能，以调整整个装置的摆放位置；
7、通过所述位移台调整位置使所述屏蔽罩中心、所述光阑中心、所述电极部中心通过激光光轴。
8、所述屏蔽罩接地，从而屏蔽电极板产生的电场，保证等离子体初始阶段的运动不受影响。
9、且所述屏蔽罩、所述光阑、所述电极部、所述位移台均位于真空环境中。
10、可选的，所述支撑部包括支座和其上固定的支杆；
11、所述屏蔽罩、所述光阑、所述电极部分别固定在所述支杆上。
12、可选的，所述电极部包括对称的左电极板和右电极板；
13、两电极板应安装在光阑与聚焦透镜之间，左、右电极板的中间位置应正对于光阑的通光孔。
14、可选的，所述左电极板和所述右电极板通过导线和航空插头与所述电源相连。
15、可选的，所述光阑包括锁紧装置，避免由于热效应发生自收缩。
16、优选地，所述光阑距离靶材表面不低于100mm，在该距离下，等离子体已经经过了充分的膨胀运动，大部分的等离子体将被光阑阻挡。
17、可选的，所述光阑的孔径d′应当满足：
18、
19、式中，d′为光阑的孔径，d是聚焦光斑的直径，d是激光器出光直径，f是透镜焦距，h是光阑距离靶材的距离；
20、式中增加了1.1倍的安全系数，避免安装误差引起的边缘衍射；
21、其中聚焦光斑的直径d的计算方法为：
22、d＝1.22λf/d
23、式中：λ表示激光的波长。
24、可选的，所述电极板采用纯铜材料制作。
25、可选的，所述左电极板和所述右电极板厚度为1mm，长度为100mm，宽度为50mm，两电极板间的间距为25mm。
26、可选的，所述导线分别焊接到两电极板外侧的中部。
27、可选的，所述屏蔽罩采用金属材料制作，设置为筒状结构。
28、本申请能产生的有益效果包括：
29、本申请所提供的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，可以有效保护镜片不受等离子体的加热影响，延长镜片使用寿命；同时能够减少激光烧蚀产物对真空舱的污染；且不需要频繁更换镜片，不需要使用成本更高的适应材质镜片，能够有效降低使用成本。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，包括屏蔽罩，所述屏蔽罩一端贴紧光阑，所述光阑靠近电极部，所述电极部与电源相连；
2.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述支撑部包括支座和其上固定的支杆；
3.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述电极部包括对称的左电极板和右电极板。
4.根据权利要求3所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述左电极板和所述右电极板通过导线和航空插头与所述电源相连。
5.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述光阑包括锁紧装置；
6.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述光阑的孔径D′应当满足：
7.根据权利要求3所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述电极板采用纯铜材料制作。
8.根据权利要求3所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述左电极板和所述右电极板厚度为1mm，长度为1
9.根据权利要求3所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述导线分别焊接到两电极板外侧的中部。
10.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述屏蔽罩采用金属材料制作，设置为筒状结构。
...【技术特征摘要】
1.一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，包括屏蔽罩，所述屏蔽罩一端贴紧光阑，所述光阑靠近电极部，所述电极部与电源相连；
2.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述支撑部包括支座和其上固定的支杆；
3.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述电极部包括对称的左电极板和右电极板。
4.根据权利要求3所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述左电极板和所述右电极板通过导线和航空插头与所述电源相连。
5.根据权利要求1所述的一种真空环境激光烧蚀用透镜保护装置，其特征在于，所述光阑包括锁紧装置；
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，高贺岩，洪延姬，叶继飞，王殿恺，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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