本发明属于大口径光学元件表面洁净技术领域，具体涉及一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置。
背景技术：
高能激光系统存在有大量的透镜、窗口、反射镜、透射镜等大口径光学元件。光学元件的洁净特性对系统的稳定运行起着至关重要的作用，而光学元件的失效形式又以激光损伤为主，因此光学元件进行在位清洁、减缓光学元件的激光损伤速率对维持激光聚变装置的稳定持续运行具有重要意义。
在高能激光设施中，粘附在光学元件表面的各种污染物也与表面损伤密切相关，在高能激光作用下颗粒污染物等离子化，高温高速的等离子体对光学元件造成烧伤损害，因此维持光学表面洁净度对延长元件寿命、保持元件性能至关重要。
在高能激光照射下，激光所在空间中的细小灰尘，很容易被电离化，从而带上电荷，进而吸附在光学元件表面，形成光学元件的缺陷，如果不及时清理，在后续的高能激光照射下，光学元件表面存在的缺陷会由于激光的能量量级过高，而发生自我破坏；进而在原有缺陷的基础上，进一步破坏光学元件的表面结构，产生烧蚀现象，甚至产生新的颗粒污染物，从而造成不可逆转的表面损伤。所以，为了防止空间中细小灰尘对光学元件本身的破坏，需要在使用过程中，定期去除颗粒污染物，达到一定的洁净标准，才能在保证实验有序进行的情况下，进而保证装置的寿命可以延长。
故基于此，如何有效去除镜面上方空间颗粒污染物，成为目前激光聚变领域一大热点问题。怎样去除镜面上的颗粒污染物，去除后，如何收集颗粒污染物，在去除收集的过程中，是否会对原有光学元件产生新的破坏，这些都成为光学元件表面洁净工艺中亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决光学元件上方存在空间污染颗粒物的问题，提供一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，本发明从等离子风与静电耦合的角度，以光学元件表面洁净为研究对象，开展基于静电吸附和风刀吹扫的装置可行性实验，并研制相应的颗粒污染物静电吸附装置，实现反射镜内悬浮颗粒物的吸附和收集，达到颗粒污染物高效去除的目的。本发明可以实时监控离子风的吹扫工作状态，装置也会实时反馈静电吸附装置的实施电压，为工作人员制定长期洁净计划提供数据。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述装置包括固定支架、光学元件、离子风系统、静电吸附系统和颗粒污染物收纳盒；
所述固定支架为一水平放置的三棱柱，固定支架前侧的斜面为工作面，所述工作面与水平面的夹角为45°，工作面上固定有底板，所述离子风系统、静电吸附系统和颗粒污染物收纳盒由上至下固定在底板上；
所述离子风系统包括风刀、离子棒支架、三自由度组合位移台、离子棒、连接片，所述三自由度组合位移台通过连接片与风刀连接，所述风刀在靠近两端的位置连接有两个离子棒支架，所述离子棒固定在两个离子棒支架上；
所述静电吸附系统包括两个电极固定支座一、两个电极固定支座二、两个电极固定支座三、棒状电极正极、棒状电极负极和手动位移台，所述两个电极固定支座一和两个电极固定支座二均沿底板横向设置，并固定在底板上，且两个电极固定支座二设置在两个电极固定支座一内侧，棒状电极负极通过在两个电极固定支座二上固定不同位置的顶丝来调节所述棒状电极负极的高低；所述两个电极固定支座一和两个电极固定支座三通过手动平移台连接，所述棒状电极正极安装在两个电极固定支座三上。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明采用离子风与静电耦合的方式，具有结构紧凑，可控能力强，可以多套联动，安全性高，吹扫力度大，吹扫范围广，吹扫效率高等特点，大部分连接使用螺纹连接，所以便于安装，结构简单有效，成本相对较低，且对不同颗粒污染物的吹扫效率均可达80％以上，保证了光学元件在实际使用时的表面洁净度，在实际使用时，只需要远程操控，且电源自带漏电保护系统，保证了整个过程中，人员与装置的安全性。对于吸附用的电极，将微粒吸附并储存于电极的接收槽内，方便收集与清理。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的离子风系统示意图；
图3为本发明的静电吸附系统示意图；
图4为本发明的颗粒污染物收纳盒示意图；
其中，1-固定支架、1-1-工作面、2-光学元件、3-离子风系统、4-静电吸附系统、5-颗粒污染物收纳盒、6-风刀、7-离子棒支架、8-三自由度组合位移台、9-离子棒、10-连接片、11-1-电极固定支座一、11-2-电极固定支座二、11-3-电极固定支座三、12-棒状电极正极、13-棒状电极负极、14-手动平移台，15-收纳盒支撑架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，如图1所示，所述装置包括固定支架1、光学元件2(表面光滑的反射镜或其他光学元件)、离子风系统3、静电吸附系统4和颗粒污染物收纳盒5；
所述固定支架1为一水平放置的三棱柱，固定支架1前侧的斜面为工作面1-1，所述工作面1-1与水平面的夹角为45°，工作面1-1上(通过螺栓)固定有底板，所述离子风系统3、静电吸附系统4和颗粒污染物收纳盒5由上至下(通过螺栓)固定在底板上；
如图2所示，所述离子风系统3包括风刀6、离子棒支架7、三自由度组合位移台8、离子棒9、连接片10，所述三自由度组合位移台8(使用螺栓)通过连接片10与风刀6连接，所述风刀6在靠近两端的位置(分别通过螺栓)连接有两个离子棒支架7，所述离子棒9固定在两个离子棒支架7上；三自由度组合位移台由三部分组成，为实现调节功能，选用了卓立汉光手动位移台，包括以下型号：skw25-65c型手动平移台，ksmv13a-65z型手动升降台和ksmg-15-65手动角位移台。由手动平移台实现单自由度平移，手动升降台实现单自由度升降，而手动角位移台可以实现单自由度的俯仰角调节，将三者组合起来即三自由度组合位移台；风刀吹出风速，由气泵决定，一般可以达到8atm以上；三自由度组合位移台通过底部四个螺栓，固定在所要固定的基座上，可以通过三自由度组合位移台调节合适的风刀6和离子棒9的位置。
如图3所示，所述静电吸附系统4包括两个电极固定支座一11-1、两个电极固定支座二11-2、两个电极固定支座三11-3、棒状电极正极12、棒状电极负极13和手动位移台14，所述两个电极固定支座一11-1和两个电极固定支座二11-2均沿底板横向设置，并(通过螺栓)固定在底板上，且两个电极固定支座二11-2设置在两个电极固定支座一11-1内侧，棒状电极负极13通过在两个电极固定支座二11-2上固定不同位置的顶丝来调节所述棒状电极负极13的高低；所述两个电极固定支座一11-1和两个电极固定支座三11-3通过手动平移台14连接，所述棒状电极正极12安装在两个电极固定支座三11-3上。
手动位移台14为卓立汉光skw25-65cc/skw25-65cc-l型手动平移台，可以控制其上下位移距离，棒状电极负极13可以通过在电极固定支座二11-2上固定不同位置的顶丝，来调节高低。电极固定支座一11-1、电极固定支座二11-2、电极固定支座三11-3都分别有两个，分布在相应的对称位置；电极固定支座一11-1的作用是连接手动位移台与底板，电极固定支座二11-2的作用是连接底板与电极负极，电极固定支座三11-3的作用是连接手动位移台与电极正极；
使用时，可以用电极固定支座11-1先固定在所需要的位置，再将手动平移台14，使用其上的四个m6的通孔，固定在电机固定支座一11-1上，然后将棒状电极正极12，棒状电极负极13插入电线，分别固定在电极固定支座三11-3和电极固定支座二11-2上，再将棒状电机正极12和电线通过预留的通孔，使用m6螺栓，与电极固定支座三11-3一同固定在左右两个手动平移台14上，棒状电极负极13与电极固定支座二11-2用m1.5的螺栓固定。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述风刀6与离子棒9的宽度均为610mm，所述离子棒9的直径
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述离子棒支架7与风刀6通过螺栓连接，离子棒支架7有弹性力，当离子棒9卡入离子棒支架7后，会由于变形产生弹性力，进而保证其不会滑移，风刀6通过连接片10上设有的四个螺栓孔，固定在三自由度组合位移台8上，连接片10上另有3个m6沉头螺栓，以保证连接片10与三自由度组合位移台8的固定。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述两个电极固定支座一11-1之间距离为700mm，棒状电极正极12与棒状电极负极13间的电压为0-15kv，也可通过改装电池的方法，改变其输出电压。
本发明的装置使用方法是：离子棒9通电，会电离空气，产生离子，位于风刀电源上的风刀电磁阀接收控制信号以开启关闭风刀6，决定了风刀6的吹扫时间，经过风刀6的吹扫效果，产生带有离子的离子风，当离子风撞击光学元件2上的带电微粒后，会使微粒不带电，与光学元件2的接触力减弱，并且使微粒吹扫起来，随风流向静电吸附系统4。当微粒进入静电吸附范围内，微粒会由于高压电极吸附微小颗粒物的作用以及重力的作用下，吸附到电极上去，若微粒带电，则会因为电场作用吸附到与之相反电性的电极上，从而达到静电吸附的作用。离子风系统3中，可以保证在实际使用过程中，产生离子风。风刀6的气压由气泵决定，可以产生高速气流，带动电离离子，产生离子风在静电吸附系统中，将会有0～15kv电压，保证将带电微粒吸附到指定电极上。
如图1所示，为收集棒状电极正极12和棒状电极负极13上的颗粒污染物，防止污染物再次污染反射镜，在棒状电极正极12与棒状电极负极13下部设计有颗粒污染物收纳盒5，高压静电电极断电后，被吸附的颗粒污染物在重力作用下下落到颗粒污染物收纳盒5中。手持平移台14通过电极固定支座一11-1固定到底板上预留的安装位置，颗粒污染物收纳盒5通过收纳盒支撑架15固定到底板上预留的安装位置。图1为装置完整的装配图，包括上部的风刀6、离子棒9和下部的棒状电极正极12与棒状电极负极13，图中除前述风刀6、离子棒7、棒状电极正极12、棒状电极负极13及相关支撑结构(离子棒支架7、收纳盒支撑架等)外，还有将组件安装到反射镜上所必须的连接件。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述两个电极固定支座二11-2的两相对侧面上对应设置有长孔，两个电极固定支座二11-2外侧面均设有多个与长孔相通的顶丝孔，多个顶丝孔沿电极固定支座二11-2高度方向设置，所述棒状电极负极13两端插装在两个相对应的长孔内，棒状电极负极13通过与所述顶丝孔螺纹连接的顶丝与两个电极固定支座二11-2固定连接。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，如图4所示，所述颗粒污染物收纳盒5通过收纳盒支撑架15与工作面1-1连接。
具体实施方式七：具体实施方式六所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述颗粒污染物收纳盒5与收纳盒支撑架15的夹角为135°。
具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，所述光学元件2通过四角的四个支柱可拆卸的与底板连接。
1.一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述装置包括固定支架(1)、光学元件(2)、离子风系统(3)、静电吸附系统(4)和颗粒污染物收纳盒(5)；
所述固定支架(1)为一水平放置的三棱柱，固定支架(1)前侧的斜面为工作面(1-1)，所述工作面(1-1)与水平面的夹角为45°，工作面(1-1)上固定有底板，所述离子风系统(3)、静电吸附系统(4)和颗粒污染物收纳盒(5)由上至下固定在底板上；
所述离子风系统(3)包括风刀(6)、离子棒支架(7)、三自由度组合位移台(8)、离子棒(9)、连接片(10)，所述三自由度组合位移台(8)通过连接片(10)与风刀(6)连接，所述风刀(6)在靠近两端的位置连接有两个离子棒支架(7)，所述离子棒(9)固定在两个离子棒支架(7)上；
所述静电吸附系统(4)包括两个电极固定支座一(11-1)、两个电极固定支座二(11-2)、两个电极固定支座三(11-3)、棒状电极正极(12)、棒状电极负极(13)和手动位移台(14)，所述两个电极固定支座一(11-1)和两个电极固定支座二(11-2)均沿底板横向设置，并固定在底板上，且两个电极固定支座二(11-2)设置在两个电极固定支座一(11-1)内侧，棒状电极负极(13)通过在两个电极固定支座二(11-2)上固定不同位置的顶丝来调节所述棒状电极负极(13)的高低；所述两个电极固定支座一(11-1)和两个电极固定支座三(11-3)通过手动平移台(14)连接，所述棒状电极正极(12)安装在两个电极固定支座三(11-3)上。
2.根据权利要求1所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述风刀(6)与离子棒(9)的宽度均为610mm，所述离子棒(9)的直径
3.根据权利要求1所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述离子棒支架(7)与风刀(6)通过螺栓连接，风刀(6)通过连接片(10)上设有的四个螺栓孔，固定在三自由度组合位移台(8)上。
4.根据权利要求1所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述两个电极固定支座一(11-1)之间距离为700mm，棒状电极正极(12)与棒状电极负极(13)间的电压为0-15kv。
5.根据权利要求1所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述两个电极固定支座二(11-2)的两相对侧面上对应设置有长孔，两个电极固定支座二(11-2)外侧面均设有多个与长孔相通的顶丝孔，多个顶丝孔沿电极固定支座二(11-2)高度方向设置，所述棒状电极负极(13)两端插装在两个相对应的长孔内，棒状电极负极(13)通过与所述顶丝孔螺纹连接的顶丝与两个电极固定支座二(11-2)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述颗粒污染物收纳盒(5)通过收纳盒支撑架(15)与工作面(1-1)连接。
7.根据权利要求6所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述颗粒污染物收纳盒(5)与收纳盒支撑架(15)的夹角为135°。
8.根据权利要求1所述的一种离子风与静电耦合实现光学元件表面洁净的装置，其特征在于：所述光学元件(2)通过四角的四个支柱可拆卸的与底板连接。
技术总结