大口径透镜模块的颗粒污染物吹扫机理及验证

李玉海，白清顺，卢礼华，张飞虎，袁晓东

（1.哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨150000；2.中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳621900）

1 引言

能源的匮乏已经成为人类共同面临的挑战，惯性约束核聚变（Inertial Confinement Fusion，ICF）技术有望能彻底解决这个难题［1-4］。终端光学组件是惯性约束核聚变装置的核心部分，主要包括大口径透镜模块，用以实现多束激光聚焦［5-6］。激光的稳定传输和提升一直受到限制，其主要原因是大口径透镜的污染损伤［7-9］。Pry⁃atel［10-11］等人对美国国家点火装置（NIF）等ICF装置内部进行了污染物成分检测，发现终端光学组件中光学元件表面最主要的污染物是颗粒污染物，有机污染物的残留较少。在装置运行过程中，杂散光与机械构件和光学元件表面相互作用，溅射出的颗粒污染物会损伤透镜表面，使损伤阈值降低［12］。针对光学元件颗粒污染物的去除，目前普遍采用化学溶液清洗、激光清洗和等离等体清洗手段，效果良好［13-14］。但是由于在激光作用下透镜表面不断被颗粒污染，同时模块中的透镜位置特殊，不易于频繁拆卸和安装，所以这对大口径透镜模块的在线污染物去除和维护都提出了新的挑战。学者们提出了等离子体和低温清洗等在线污染物清洗方式，能够有效清洗有机污染物，但颗粒污染物依然无法去除［15-16］。颗粒污染物是在装置运行中实时产生的，必须要及时地预防和去除，所以本文提出采用风刀技术在线去除颗粒污染物。国内外针对风刀技术的研究已经取得了一定进展，美国劳伦斯利弗莫尔实验室进行的光学元件表面颗粒污染物吹扫实验表明，风刀技术能够有效去除直径大于30μm的颗粒污染物［17］。……