光學(xué)元件表面的潔凈風(fēng)刀沖掃技術(shù)研究.pdf

1、高能激光驅(qū)動(dòng)器是激光慣性約束核聚變裝置的核心組成部分，終端光學(xué)組件（Final Optics Assembly，簡(jiǎn)稱FOA）位于驅(qū)動(dòng)器的末端，主要功能是實(shí)現(xiàn)激光的頻率轉(zhuǎn)換和精密聚焦，內(nèi)部集成了多塊高價(jià)值大口徑光學(xué)元件。光學(xué)元件表面污染物是誘導(dǎo)高能激光驅(qū)動(dòng)器中光學(xué)元件損傷的主要原因，也是驅(qū)動(dòng)器負(fù)載能力提升的最大障礙。本文以我國(guó)最大的慣性約束核聚變裝置——神光-Ⅲ主機(jī)裝置的終端光學(xué)組件為研究對(duì)象，開展基于風(fēng)刀的光學(xué)元件表面潔凈度獲取和保持技

2、術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)終端光學(xué)組件的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
　　首先基于流體動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)使用高速氣流去除光學(xué)元件表面顆粒物的問題進(jìn)行了分析。結(jié)合離散單元法和流體分析技術(shù)建立了基于風(fēng)刀去除粘附顆粒的氣-固兩相流分析模型。
　　然后，對(duì)固體顆粒的粘附作用力來源和影響規(guī)律進(jìn)行了分析，計(jì)算了不同尺寸顆粒物在光學(xué)元件表面的粘附力，建立了光學(xué)元件表面的固體顆粒粘附力計(jì)算模型。通過建立風(fēng)刀氣體動(dòng)壓強(qiáng)在光學(xué)元件表面的分布計(jì)算模型，理論分析了光學(xué)元件表面的

3、氣體動(dòng)壓對(duì)粘附顆粒去除的有效性。
　　使用Fluent與EDEM軟件建立了基于風(fēng)刀的潔凈沖掃系統(tǒng)的流固耦合仿真模型，對(duì)光學(xué)元件表面粘附顆粒物的吹掃過程進(jìn)行了仿真，得到了風(fēng)刀沖掃參數(shù)對(duì)粘附微粒的去除規(guī)律和去除率；對(duì)基于風(fēng)刀的光學(xué)元件表面風(fēng)幕形成及其對(duì)外來顆粒污染物的隔離過程進(jìn)行了仿真分析，得到了風(fēng)刀參數(shù)對(duì)外來顆粒物的隔離規(guī)律。
　　最后，設(shè)計(jì)了基于風(fēng)刀的潔凈沖掃和防護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行顆粒污染物沖掃實(shí)驗(yàn)和風(fēng)