Способ очистки оптических поверхностей

 

Изобретение относится к технике, использующей зеркала и другую оптику в труднодоступных для очистки местах, например для лазерной техники, в которой может быть использовано для очистки внутренней поверхности зеркал резонатора лазеров. Технический результат изобретения - улучшение отражательной способности зеркал, очистка поверхности оптических элементов, вплоть до максимально допустимой границы оптического материала. Очищение производится воздействием на оптику излучением с длиной волны 0,2 - 10,6 мкм, направленным под углом до 10^o к поверхности, мощностью от 10 - 100 кВт/см² до 10 - 20 МВт/см², при длительности импульса до 1000 нс, при этом излучение очищает поверхность от оксидного слоя и загрязнений. 2 ил.

Изобретение относится к областям техники, применяющим зеркала, окна и другие оптические системы, например к лазерной технике, в которой может быть использовано для очистки поверхности зеркал резонатора лазера, его проходных окон и т.д.

Аналогами данного изобретения являются решения, описанные в книгах: Лазерное излучение / Под ред. В.Я. Гранкина. М.: Воениздат, 1977, стр. 123 - 128 и Э. Ф. Лазнева. Лазерная десорбция. Л.: изд. Ленингр. унив-та, 1990, стр. 175 - 183, представляющие способы воздействия лазерного излучения на оптические поверхности при плотности мощности от 10 МВт/см² до 710 ГВт/см².

Прототипом данного изобретения является решение, описанное в книге: Промышленное применение лазеров / Под ред. Г. Кебнера. М.: Машистроение, 1988, стр. 191 и представляющее способ обработки оптических поверхностей лазерным излучением за счет поверхностного испарения. Недостатком выступает то, что в данном способе происходит испарение самого оптического материала.

Задачей заявляемого изобретения является улучшение отражательной способности зеркал, а также очистки поверхности оптических элементов, вплоть до максимально допустимой границы данного оптического материала.

Сущность изобретения состоит в том, что при воздействии на оптические поверхности лазерным излучением параметры его выбраны следующими: длина волны 0,2 - 10,6 мкм, направление излучения под углом до 10^o, мощность от 10 - 100 кВт/см² до 10 - 20 МВт/см², длительность импульса до 1000 нс. В результате взаимодействия излучения с оптической поверхностью происходит ее очистки от оксидного слоя и загрязнения.

Отличием настоящего изобретения от прототипа и аналогов является очистка образца лазерным излучением параметрами, указанными выше. При этом разрушение материала оптического элемента не происходит.

Диапазон мощности излучения составляет от 10 - 100 кВт/см² до 10 - 20 МВт/см², верхняя граница обусловлена мощностью, при которой происходит разрушение оптической поверхности, а нижняя - временем облучения (число импульсов излучения, необходимых для очистки обратно пропорционально их мощности). Угол падения излучения не должен превышать 10^o к нормали облучаемой поверхности, это связано с тем, что при больших углах произойдет неравномерное распределение энергии по оптической поверхности, что приведет к ее локальному нагреву и возможному разрушению. Для эффективного взаимодействия излучения с дисперсным веществом, загрязняющим поверхность оптики, следует применять излучение с длинами волн в пределах 0,2 - 10,6 мкм. Во избежание перегрева материала линзы или зеркала длительность импульса лазерного излучения устанавливается не более 1000 нс.

Важным фактором является то, что заявляемый способ очистки пригоден для очистки труднодоступных поверхностей. Например, в ходе работы ксенонхлоридного лазера происходит загрязнение внутренней поверхности зеркала резонатора мелкодисперсными примесями, что снижает мощность выходного излучения. Предложенное изобретение позволяет очистить внутреннюю поверхность выходного зеркала резонатора без разбора лазера, используя для очистки собственное ультрафиолетовое излучение ксенонхлоридного лазера с плотностью энергии ≈ 0,6 Дж/см² и мощностью излучения в импульсе ≈ 10 МВт/см².

Сущность заявляемого изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг. 1, и графиком на фиг. 2, иллюстрирующим динамику увеличения выходной мощности ксенонхлоридного лазера из-за очистки поверхности выходного зеркала резонатора. На фиг. 1 изображены: выходное полупрозрачное зеркало резонатора 1 и отражающее зеркало 2 с фокусным расстоянием 50 мм. Излучение слева падает нормально на зеркало резонатора. На фиг. 2 показано увеличение выходной мощности лазера до и после очистки от загрязнений (частота излучения 40 Гц, τ - время воздействия излучением). Увеличение мощности в данном случае составило 30%. В зависимости от степени загрязнения эффекта увеличения выходной мощности излучения может изменяться.

Таким образом, заявляемое изобретение позволило увеличить выходную мощность излучения ксенонхлоридного лазера до первоначальной величины, когда выходное зеркало резонатора было свободно от загрязнений.

Заявляемый способ очистки поверхности оптики от загрязнений может быть применен и в других областях техники, где иные способы очистки трудно применимы.

Формула изобретения

Способ очистки оптических поверхностей, заключающийся в их облучении лазерным излучением, отличающийся тем, что облучают импульсным лазерным излучением с длиной волны 0,2 - 10,6 мкм, направленным под углом до 10^o, мощностью от 10 - 100 кВт/см² до 10 - 20 МВт/см², при длительности импульса до 1000 нс.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2