强激光与粒子束
2023, 35(6): 062002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
真空环境中高功率激光装置光学元件表面的有机物污染是限制其负载能力的原因之一。针对装置中常见的有机物污染和三倍频激光溶胶凝胶减反膜，通过精确控制真空环境中污染源的挥发扩散，制备了有机物质量面密度不同的元件表面，定量研究了有机污染物质量面密度对溶胶凝胶减反膜光学性能及损伤特性的影响规律。实验结果表明：样品表面粗糙度、透过率、损伤阈值等的变化量均与有机物质量面密度成正相关。有机污染物沉积量较少时，由于膜层孔隙被填充，膜层的表面粗糙度略有减小；随着沉积量增加，有机物附着影响表面形貌，粗糙度显著增加。溶胶凝胶减反膜在351 nm波长处的光学透过率随着有机物质量面密度的增加而逐渐降低，这与有机物分子改变溶胶凝胶膜孔隙填充比有关。样品表面的激光损伤阈值变化量和损伤面积随着有机物质量面密度的增加而增加，而且不同有机物沉积量的光学表面的损伤形貌存在显著差异。基于实验结果讨论了有机物影响溶胶凝胶减反膜性能的机理，并探讨了高功率激光系统的洁净度控制方法。
薄膜 有机污染物 质量面密度 溶胶凝胶减反膜 透过率 激光诱导损伤 洁净度控制
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
传输反射镜是高功率激光装置中连接主放大系统与靶场终端的关键组成部分，实现它的表面洁净控制尤为必要。本课题组基于风刀高速吹扫颗粒物去除技术，探究了开放式环境下，风刀安装高度、进气压力、出气口间隙、吹扫次数等工艺参数对靶场终端反射镜表面Al2O3、灰尘和不锈钢等颗粒物去除效率的影响，并从实验中捕捉到了颗粒物的动态运动轨迹。研究结果表明：提高进气压力可以提高颗粒物的去除效率；当风刀安装高度为4 mm、进气压力为1.5 MPa时，0.05 mm或0.1 mm的风刀出气口间隙均可实现90%以上的平均去除效率；当进气压力不高于1.2 MPa时，增加吹扫次数并不能提高颗粒物的去除效率；在去除过程中，颗粒物沿着高速气流方向直线运动。本次实验结果为靶场终端传输反射镜在线表面洁净控制提供了重要参考和技术支撑。
光学器件 传输反射镜 洁净控制 颗粒污染物 风刀 中国激光
2022, 49(13): 1301003
1 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室，辽宁 大连 116023
2 中国科学院大学，北京 100049
激光清洗的工业需要对材料表面清洗前后的清洁度评价提出了高要求。提出使用基于表面粗糙度测量的双向反射技术来表征材料表面质量，以自相关长度（T）与表面粗糙度均方根偏差（σ）作为表征样品表面质量的关键参数。基于Beckmann-Kirchhorff散射积分模型，在粗糙表面上进行合理的简化后，研究了入射光强（I0）和反射光强（Is）的比值（Is/I0）与波长平方分之一（1/λ2）的关系。在简化模型下，在g值比较大的垂直入射方向上，可以获得比较理想的线性曲线。线性拟合获得的参数σg可以作为表面清洁度的表征值。在实验中，将一束氙灯白光以垂直的角度照射到钛合金板材TA15样品表面，收集样品表面镜面反射出的光束。实验结果证实了样品表面质量与σg值大小的相关性。所提方法是无接触式的光谱探测方法，实现了高速扫描，方便快捷，可以在线判断激光清洗后的清洁度。
激光光学 粗糙度 激光清洗 钛合金 光散射 清洁度 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1114006
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210117
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
为了降低铝合金因激光辐照而产生颗粒污染物的几率,研究了激光冲击强化对纳秒激光辐照5052铝合金诱致污染物产生规律的影响。首先采用不同功率密度的纳秒激光对5052铝合金试样进行冲击强化,而后采用纳秒激光对激光冲击强化后的5052铝合金试样进行辐照-洁净度测试,最后对比分析激光冲击强化前后5052铝合金试样表面硬度、形貌、粗糙度及因激光辐照诱致污染物产生规律的变化。研究结果表明:激光冲击强化在提高5052铝合金表面强度的同时,对抑制低通量激光辐照(不高于0.65 J/cm 2)导致的污染物产生同样是有效的;对于粗糙度Ra为1.6的5052铝合金表面,经聚焦光斑直径为2.2 mm的高斯脉冲激光(光斑搭接率为50%,波长为532 nm,脉冲宽度为14 ns,功率密度为0.75~1.88 GW/cm 2)冲击强化后,低通量激光辐照阶段,激光诱致污染物(粒径为0.3~0.5 μm)数量降低25%~50%。研究结果为5052铝合金因激光辐照,尤其是低通量激光辐照而产生污染物的控制提供了一种新的方法。
激光技术 激光冲击强化 洁净控制 铝合金 激光辐照 颗粒污染物 中国激光
2021, 48(18): 1802010
Author Affiliations
Abstract
1 ELI-Beamlines Center, Institute of Physics, Czech Academy of Sciences, Dolní Břežany, Czech Republic
2 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt, Germany
3 Centre Lasers Intenses et Applications, University of Bordeaux - CNRS - CEA, Talence, France
4 School of Science, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, China
The design and the early commissioning of the ELI-Beamlines laser facility’s 30 J, 30 fs, 10 Hz HAPLS (High-repetition-rate Advanced Petawatt Laser System) beam transport (BT) system to the P3 target chamber are described in detail. It is the world’s first and with 54 m length, the longest distance high average power petawatt (PW) BT system ever built. It connects the HAPLS pulse compressor via the injector periscope with the 4.5 m diameter P3 target chamber of the plasma physics group in hall E3. It is the largest target chamber of the facility and was connected first to the BT system. The major engineering challenges are the required high vibration stability mirror support structures, the high pointing stability optomechanics as well as the required levels for chemical and particle cleanliness of the vacuum vessels to preserve the high laser damage threshold of the dielectrically coated high-power mirrors. A first commissioning experiment at low pulse energy shows the full functionality of the BT system to P3 and the novel experimental infrastructure.
beam transport system cleanliness high-power laser laser commissioning laser–plasma experiment optomechanics stability X-ray user facility High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(2): 02000e30
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
2 Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai201800, China
As the key part for energy amplification of high-power laser systems, disk amplifiers must work in an extremely clean environment. Different from the traditional cleanliness control scheme of active intake and passive exhaust (AIPE), a new method of active exhaust and passive intake (AEPI) is proposed in this paper. Combined with computational fluid dynamics (CFD) technology, through the optimization design of the sizes, shapes, and locations of different outlets and inlets, the turbulence that is unfavorable to cleanliness control is effectively avoided in the disk amplifier cavity during the process of AEPI. Finally, the cleanliness control of the cavity of the disk amplifier can be realized just by once exhaust. Meanwhile, the micro negative pressure environment in the amplifier cavity produced during the exhaust process reduces the requirement for sealing. This method is simple, time saving, gas saving, efficient, and safe. It is also suitable for the cleanliness control of similar amplifiers.
active exhaust and passive intake computational fluid dynamics cleanliness control disk amplifier High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e45
在液晶显示面板行业, 边缘场开关技术在生产过程中易导致Zara不良的高发, 降低产品良率, 导致生产成本增加。Zara不良根据点灯现象可以分为散状Zara、团状Zara、辉点数和未确认面板污渍类4类。经大量取屏分析, 发现Zara不良与摩擦后清洗机的内部洁净度和清洗能力有较大关联。本文从过滤器滤径减小、KOH流程优化、直供水改造、腔室污染降低等方面进行了改善研究, 通过机理分析和大量试验验证, 将Zara不良由0.74%改善至0.24%, 验证了提升摩擦后清洗机洁净度对Zara不良改善有重要作用, 同时也取得了良好的经济效益: 年收益1 338万元。
摩擦后清洗机 直供水 滤径 微生物 洁净度 Zara Zara after-rubbing-cleaner direct water supply cleanliness microorganism cleaning capacity
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610064
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 超光滑表面无损检测安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
针对实际工作中的光学元件表面粒子污染，以米氏理论为基础，分析了在风沙地区空气中污染颗粒（以SiO2为主）对入射激光能量的吸收效应。此外，进一步分析空气洁净度、元件工作面的朝向以及放置时间等对光学元件表面吸收特性的影响。结果表明，空气洁净度等级越高、元件工作面朝上、放置时间越久，光学元件的表面吸收能力越强。研究成果可为实际应用中光学系统的镜面污染控制提供理论参考。
吸收 光学元件 米氏理论 洁净度 absorption optical elements Mie theory cleanliness 红外与激光工程
2020, 49(4): 0414004
