高溫光學分子抗污染吸雜系統技術方案

一種可加熱元件，被配置成向在可密封殼體內的內部環境氣氛中的污染物施加足夠的能量密度，以驅動使污染物失活的反應。

High Temperature Optical Molecular Anti-Pollution and Impurity Absorption System

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】高溫光學分子抗污染吸雜系統優先權聲明本申請要求于2016年12月29日提交的美國臨時專利申請號62/440,215的優先權，出于所有目的，所述專利申請的全部內容通過引用并入本文。
本專利技術的實施例涉及在光學系統的操作期間從光學部件殼體去除污染物。
技術介紹
在高功率光學系統的操作期間，位于輻射路徑中的被污染的表面可能吸收大量能量并且隨后由于激光的吸收而經歷材料變化。因此，光學系統內的光學部件保持清潔并且沒有任何污染物是至關重要的。在光學系統中的被污染的關鍵光學表面會降低系統的性能。為了維持沒有污染物的光學系統，現代激光器在被密封的氣密殼體中運行。這些殼體確保了在操作期間光學系統周圍的空氣中的灰塵和其他污染物不會影響激光器的內部部件。然而，即使在被密封的殼體內，激光系統也可能因為系統內的部件由于制造時存在的空氣中產生的灰塵和污染物而弄臟導致性能下降。正是在這種背景下產生了本申請。附圖說明通過結合隨附附圖考慮以下詳細描述，可以容易地理解本公開的教導，其中：圖1A是根據本公開的一方面的熱絲吸雜劑或吸雜裝置的俯視圖。圖1B是根據本公開的一方面的熱絲吸雜裝置的側視圖。圖1C是根據本專利技術的一方面的光學系統的俯視平面圖，示出了熱絲吸雜裝置的部位。圖2是根據本公開的一方面的熱束流收集器吸雜裝置的俯視圖。圖3是根據本公開的一個方面的具有非線性光學元件和熱束流收集器吸雜裝置的光學系統的示意圖。圖4示出了根據本公開的一方面的放置有熱束流收集器吸雜裝置的光學系統的俯視圖。圖5A是根據本公開的一方面的環形束流收集器的俯視剖視圖。圖5B是根據本公開的一方面的環形束流收集器的外部的側視圖。圖6示出了根據本公開的一方面的放置有環形熱束流收集器吸雜裝置的光學系統的俯視圖。圖7示出了根據本公開的一方面的熱束流收集器的展開視圖。
技術實現思路
通過本公開的與在被密封的殼體中創建用于環境氣氛的催化吸雜系統有關的方面來克服與現有技術相關的缺點。所公開的實施例包括第一實施例，所述第一實施例使用絲狀可加熱元件，通過使得電流通過可加熱元件使得可加熱元件加熱以使污染物失活，例如通過將所述污染物從殼體中的環境氣氛去除或通過分解所述污染物。所公開的第二實施例包括被來自光學系統的輻射加熱的可加熱元件。具體實施方式盡管為了說明的目的，以下詳細描述包含許多具體細節，但是本領域普通技術人員將理解，對以下細節的許多變化和改變都在本專利技術的范圍內。因此，提出下面描述的本專利技術的示例性實施例，而不使所要求保護的專利技術喪失任何一般性，并且不對所要求保護的專利技術施加限制。在下面的詳細描述中，參考構成本專利技術一部分的隨附附圖，并且其中通過圖示的方式，示出了可以實踐本專利技術的具體實施例。在這方面，方向術語，諸如“頂部”、“底部”、“前部”、“后部”、“前”、“后”等，是參考所描述的圖的方向來使用的。因為本專利技術的實施例的部件可以被定位成許多不同的方向，所以方向術語被用于說明目的而絕不是限制性的。將理解的是，可以使用其他實施例，并且可以在不脫離本專利技術的范圍的情況下進行結構性改變或邏輯性改變。因此，以下詳細描述不應被視為具有限制意義，并且本專利技術的范圍由所附權利要求限定。引言現代激光器在專用的潔凈室中制造，以盡可能減少引入光學系統中的灰塵和其他污染物的量。除了在制造期間引入的污染物之外，激光器本身的部件可能產生氣體，這些氣體被釋放到激光器殼體中且可以被激光束提供的能量誘導而發生反應，從而污染且不利地影響光學系統的表面。高功率激光系統(例如，光學輸出約為1瓦或更高的那些系統)中的光學部件尤其易于受到空氣中的污染物損害，所述污染物沉積在光學反射或透射表面上并且與高功率激光發生反應。如本文所使用的，術語“光”通常是指從紅外線延伸到紫外線的頻率范圍內的電磁輻射，所述頻率范圍大致對應于從大約1納米(10-9米)到大約100微米的真空波長范圍。較短波長的光具有較多能量，因此更可能在較低功率下與污染物發生反應。高功率光可以對光學部件表面上的材料進行灼燒或燃燒或使其充分地光化學改變，導致吸收性暗斑，這可能導致設備失效。另外，有證據表明脈沖格式(因此脈沖能量)也是灼燒速率的因素。因此，光學系統的殼體與外部空氣密封，并在極其干凈的條件下生產。然而，在由于制造所述系統而產生的被密封的殼體中仍可能存在污染物，或者不可能通過現代通風來去除。污染物的示例包括但不限于以下化合物范圍，諸如：揮發性有機化合物(VOC)(例如含碳化合物)、聚合物及其單體單元、油脂、有機硅、油、拋光化合物和氟代烴。這種污染物很難通過清潔生產實踐來清除。制造商已用于清除一些形式的污染物的一種方法為將吸雜劑置于被密封的激光器殼體內。吸雜劑是通常用于真空管制造中的反應性材料或螯合(sequestering)，用于吸收通過在操作期間加熱和冷卻真空管內的部件所產生的氣體。真空管中的吸雜劑通常由鋇制成并閃蒸涂覆到管壁，雖然已經使用了其他材料和類型的吸雜劑。隨著在操作期間吸雜劑吸雜劑與被真空管的部件釋放的氣體的污染物螯合或與污染物反應，吸雜劑被慢慢用完。在高功率激光器的背景下，吸雜劑的概念類似但執行是不同的。激光器通常在正常大氣壓下與被密封的殼體一起操作，因此反應性吸雜劑不能被最佳地操作，因為殼體充滿了會與吸雜劑反應的空氣。制造商已經使用干燥劑吸雜劑包從激光器殼體內的環境氣氛中去除制造期間存在的水分。這些干燥劑包在去除所有污染物(諸如VOC或更大的分子)時并不是高效的。制造商也已經使用分子篩作為螯合VOC的手段。VOC在激光器的制造和操作中存在特殊問題。這類污染物遷移到光學部件的表面并且在用足夠強度和光子能量的光擊中時被分解形成氧化物。然后，這些氧化物在光學系統的光學部件上形成半透明的膜/涂層，從而降低輸出或影響束形狀并導致永久性損壞。根據本公開的多個方面，可加熱元件將足夠的能量密度施加到外殼中的污染物，以驅動將污染物帶出內部環境氣氛的反應。進行這個過程的一種方法是將污染物撞擊的表面加熱到足夠的溫度以驅動反應。可替代地，如果輻射的能量密度足夠大并且污染物足以吸收所述輻射以驅動反應，則可以僅用輻射來加熱污染物。可以例如使用在本文中稱為催化吸雜劑的一類型的吸雜劑來實施本公開的多個方面。在這種吸雜劑中，可加熱元件的熱的表面不是平衡的。相反，在熱的表面處，污染物與環境氣氛的一些其他組分(例如氧氣)之間的反應中，揮發性污染物基本上被破壞。催化反應在可加熱元件的表面上形成非揮發性反應產物。如果光學外殼被充分密封，則這種催化吸雜劑可能潛在地將污染物的分壓驅動至幾乎為零，這是干燥劑吸雜劑不能做到的。存在對于吸雜劑根據需要操作來說是重要的催化吸雜劑的許多特征。例如，對于吸雜劑在其中操作的光學外殼來說，重要的是被密封以及包含一內部環境氣氛，所述內部環境氣氛包括在吸雜劑被加熱時與污染物反應的一些組分。這種組分的一個示例是氧氣。另一重要特征是在與外殼內的其他部件相比相對較高的溫度下操作催化吸雜劑。為了確保優先在催化吸雜劑的表面處發生催化反應，希望吸雜劑表面溫度高于外殼中最溫熱的其它部件，并且肯定比易受在吸雜劑表面處反應的污染物影響的任何光學部件更溫熱。另一重要特征是催化吸雜劑的材料選擇。吸雜劑材料優選地為可以被加熱到足以驅動催化反應的溫度并且也可以在所述溫度下長時間(與外殼內的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種光學系統，包括；a)密封殼體，所述密封殼體具有外部和內部，密封殼體的內部具有內部環境氣氛，其中密封殼體包含易受在內部環境氣氛中的污染物影響的一個或更多個光學部件；b)可加熱元件，所述可加熱元件在所述密封殼體內，所述可加熱元件被配置成向所述污染物施加足夠的能量密度，以驅動涉及在內部環境氣氛中的所述污染物的反應，其中所述反應使所述污染物失活。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2016.12.29 US 62/440,2151.一種光學系統，包括；a)密封殼體，所述密封殼體具有外部和內部，密封殼體的內部具有內部環境氣氛，其中密封殼體包含易受在內部環境氣氛中的污染物影響的一個或更多個光學部件；b)可加熱元件，所述可加熱元件在所述密封殼體內，所述可加熱元件被配置成向所述污染物施加足夠的能量密度，以驅動涉及在內部環境氣氛中的所述污染物的反應，其中所述反應使所述污染物失活。2.如權利要求1所述的系統，其中，所述內部環境氣氛包括氧氣，其中涉及在所述內部環境氣氛中的所述污染物的所述反應為所述內部環境氣氛的所述污染物與另一組分之間的反應。3.如權利要求1所述的系統，其中，當所述可加熱元件被加熱到比易受內部氣氛中的污染物影響的一個或更多個光學部件的溫度更高的溫度時，在所述可加熱元件的表面處發生涉及在所述內部環境氣氛中的所述污染物的所述反應，其中所述反應通過形成反應產物來使所述污染物失活。4.如權利要求3所述的系統，其中，所述可加熱元件包括加熱絲。5.如權利要求4所述的系統，其中，所述加熱絲被配置成通過電流加熱。6.如權利要求3所述的系統，還包括在密封殼體內的中空屏蔽件，所述中空屏蔽件具有內部、外部和從所述外部通向所述內部的至少一個開口；其中所述可加熱元件被包含在所述中空屏蔽件內。7.如權利要求3所述的系統，其中，所述可加熱元件被配置成通過輻射加熱。8.如權利要求7所述的系統，其中，所述可加熱元件被配置成通過來自一個或更多個非線性光學過程的輻射加熱。9.如權利要求7所述的系統，其中，所述輻射包括廢輻射。10.如權利要求7所述的系統，其中，所述可加熱元件設置成與輸出束對齊，所述輸出束由在被密封的外殼內發生的一個或更多個非線性光學過程產生。11.如權利要求7所述的系統，其中，易受內部環境氣氛中的污染物影響的所述一個或更多個光學部件包括一個或更多個非線性光學元件，所述一個或更多個非線性光學元件涉及在密封殼體內發生的一個或更多個非線性光學過程。12.如權利要求11所述的系統，其中，所述一個或更多個非線性光學元件包括一個或更多個非線性光學晶體。13.如權利要求7所述的系統，其中，輻射源來自主要光學過程的一部分。14.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：達蒙·裴萊爾，托馬斯·邁爾斯，馬克·拜爾，杰弗里·克邁蒂克，布雷恩·蘭金，科里·鮑曼，
申請(專利權)人：IPG光子公司，
類型：發明
國別省市：美國,US