一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法與裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于一種核聚變等離子體診斷系統，具體涉及一種基于激光和光學技術的真空室中光學元件的在線清洗方法和裝置。它包括脈沖激光器、兩維振鏡系統、CCD相機和輔助光源及光路傳輸系統，其中，兩維振鏡系統、光束變換系統、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，兩維振鏡系統的一側設置有脈沖激光器，雙色分束器的一側設有輔助光源，輔助光源的外側設有CCD相機。其優點是，通過選擇合適的激光參數，利用激光與第一鏡表面污染物相互作用，產生熱膨脹，在短的時間內爆炸并氣化蒸發，脫離鏡面達到清潔作用。

【技術實現步驟摘要】
一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法與裝置
本專利技術屬于一種核聚變等離子體診斷系統，具體涉及一種基于激光和光學技術的真空室中光學元件的在線清洗方法和裝置。
技術介紹
在受控核聚變實驗研究中，科學家需要借助各種光學診斷系統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、放電中的雜質含量、放電位型的變化等。由于聚變裝置的復雜性，這些光學診斷系統必須利用放置在裝置真空室中的光學元件如金屬反射鏡、凹面反射鏡、石英窗口等將探測束傳遞出來到達探測器進行測量。這些放置在真空室中傳遞光信號的光學元件被稱為第一鏡。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境中，放電中的雜質粒子將沉積于光學元件的表面，隨著時間的增長，沉積厚度增加，光學元件的反射率將下降，甚至無法傳遞光學信號，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元件。因此必須建立第一鏡的在線清洗系統。
技術實現思路
本專利技術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，能實現鏡面污染物的清除，延長鏡面高反射率的使用壽命。本專利技術的技術方案是，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：步驟一、利用激光發射器得到一束高能量光束；步驟二、利用光束變換光路和計算機控制的振鏡將步驟一的光束照射在置于遠處真空室中的待清洗的第一鏡表面并能夠在x-y方向進行光點的掃描；步驟三、調節步驟一光束的能量，使其大小滿足第一鏡表面雜質吸熱蒸發，同時第一鏡基底不被熔化，即達到清洗目的；通過步驟二逐步將激光光束在第一鏡表面掃描，實現對面積大于激光光斑的第一鏡表面整體的遠程在線清洗；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CCD相機拍攝第一鏡表面圖像光強I，根據公式R＝I1/I0即可得到清洗后的第一鏡反射率，其中I0為沒有污染的第一鏡的光強，I1為污染后的第一鏡激光清洗后的光強。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1焦耳的短脈沖激光光束。光束變換光路能夠通過組合聚焦透鏡調節照射在第一鏡表面的光斑大小，使激光能量密度達到0.5J/cm2-1J/cm2。光束變換光路能夠通過一片雙色分束片將可見光反射進真空室中的第一鏡表面，同時將第一鏡表面的圖像傳輸到CCD相機。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、CCD相機和輔助光源及光路傳輸系統，其中，兩維振鏡系統、光束變換系統、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，兩維振鏡系統的一側設置有脈沖激光器，雙色分束器的一側設有輔助光源，輔助光源的外側設有CCD相機。所述CCD相機為黑白相機，具有高的灰度分辨能力。所述雙色分束器對于激光光束全透射，對于可見光全反射。本專利技術的優點是，通過選擇合適的激光參數，利用激光與第一鏡表面污染物相互作用，產生熱膨脹，在短的時間內爆炸并氣化蒸發，脫離鏡面達到清潔作用；利用振鏡依次掃描整個第一鏡鏡面達到大面積清洗目的；通過CCD對第一鏡表面成像，分析圖像的明暗灰度變化，得到第一鏡清洗結果數據和鏡面反射率恢復狀態監測；利用一套激光光路轉換光學系統，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，實現在線清洗而又不損壞其它設備的目的。附圖說明圖1為本專利技術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。圖中：1脈沖激光器，2兩維振鏡系統，3光束變換系統，4雙色分束器，5輔助光源，6CCD相機，7聚變裝置診斷窗口，8第一鏡，9聚變裝置真空室。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細介紹：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、兩維運動的振鏡、CCD相機和輔助光源及光路傳輸系統。其中，兩維振鏡系統2、光束變換系統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2的一側設置有脈沖激光器1，雙色分束器4的一側設有輔助光源5，輔助光源5的外側設有CCD相機6。脈沖激光器的光束1通過振鏡2、光束變換系統3和雙色分束器4引入真空室9并聚焦到第一鏡8表面，第一鏡表面的雜質吸收激光能量并蒸發；輔助可見光光源5通過和雙色分束器4進入真空室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6接收，并記錄光強信號。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2的一側設置有脈沖激光器1，雙色分束器4的一側設有輔助光源5，輔助光源5的外側設有CCD相機6。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1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，可以實現激光光斑在一平面上兩維掃描。掃描間隔為1-10mm。掃描模式多樣可選。一臺焦距可調可見光CCD相機，圖像灰度可度量。一套可調節的激光光斑成像光學系統。如圖1所示，由YAG脈沖激光器1輸出的一激光束傳輸到由兩面反射鏡構成的振鏡2，振鏡系統中的每面鏡子分別與步進電機相聯，通過程序控制電機使鏡子在一維度上偏轉，兩個振鏡可實現X-Y的兩維掃描；激光光斑通過光束變換系統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的表面，使其能量密度達到污染物去處的閾值，實現激光清洗；為了實時監測清洗的效果，采用CCD相機6進行第一鏡表面狀態的測量；光源5通過雙色分束器4和診斷窗口7將可見光透射到第一鏡8并照亮表面，CCD對表面拍照成像，通過對比清洗前后CCD拍照的圖像的灰度變化，用計算機程序可模擬出第一鏡反射率的狀態，達到檢測的目的。一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一、利用激光發射器得到一束高能量光束；步驟二、利用光束變換光路和計算機控制的振鏡將步驟一的光束照射在置于遠處真空室中的待清洗的第一鏡表面并能夠在x-y方向進行光點的掃描；步驟三、調節步驟一光束的能量，使其大小滿足第一鏡表面雜質吸熱蒸發，同時第一鏡基底不被熔化，即達到清洗目的；通過步驟二逐步將激光光束在第一鏡表面掃描，實現對面積大于激光光斑的第一鏡表面整體的遠程在線清洗；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CCD相機拍攝第一鏡表面圖像光強I,根據公式R＝I1/I0即可得到清洗后的第一鏡反射率，其中I0為沒有污染的第一鏡的光強，I1為污染后的第一鏡激光清洗后的光強。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1焦耳的短脈沖激光光束。光束變換光路能夠通過組合聚焦透鏡調節照射在第一鏡表面的光斑大小，使激光能量密度達到0.5J/cm2-1J/cm2。光束變換光路能夠通過一片雙色分束片將可見光反射進真空室中的第一鏡表面，同時將第一鏡表面的圖像傳輸到CCD相機。實際實施本方法時，采用高能量激光與物質相互作用的熱爆炸原理,將短脈沖激光照射在第一鏡表面污染物上并使其吸收能量,污染物溫度升高形成等離子體蒸發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一、利用激光發射器得到一束高能量光束；步驟二、利用光束變換光路和計算機控制的振鏡將步驟一的光束照射在置于遠處真空室中的待清洗的第一鏡表面并能夠在x?y方向進行光點的掃描；步驟三、調節步驟一光束的能量，使其大小滿足第一鏡表面雜質吸熱蒸發，同時第一鏡基底不被熔化，即達到清洗目的；通過步驟二逐步將激光光束在第一鏡表面掃描，實現對面積大于激光光斑的第一鏡表面整體的遠程在線清洗；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CCD相機拍攝第一鏡表面圖像光強I,根據公式R＝I1/I0即可得到清洗后的第一鏡反射率，其中I0為沒有污染的第一鏡的光強，I1為污染后的第一鏡激光清洗后的光強。

【技術特征摘要】
1.一種在線清洗和檢測聚變裝置第一鏡的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一、利用激光發射器得到一束高能量光束；步驟二、利用光束變換光路和計算機控制的振鏡將步驟一的光束照射在置于遠處真空室中的待清洗的第一鏡表面并能夠在x-y方向進行光點的掃描；步驟三、調節步驟一光束的能量，使其大小滿足第一鏡表面雜質吸熱蒸發，同時第一鏡基底不被熔化，即達到清洗目的；通過步驟二逐步將激光光束在第一鏡表面掃描，實現對面積大于激光光斑的第一鏡表面整體的遠程在線清洗；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CCD相機拍攝第一鏡表面圖像光強I,根據公式R＝I1/I0即可得到清洗后的第一鏡反射率，其中I0為沒有污染的第一鏡的光強，I1為污染后的第一鏡激光清洗后的光強；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1焦耳的短脈沖激光光束；光束變換...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周艷，李永高，易江，
申請(專利權)人：核工業西南物理研究院，
類型：發明
國別省市：四川;51