[发明专利]主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法

说明书

本发明公开了一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法，所述装置包括激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体以及连接三个腔体的气体导管。所述方法是通过对第一循环腔体和第二循环腔体交替加热、制冷来实现气体在三个腔体之间的流动，当高温腔内气体携带挥发出的碳氢有机物分子流动到低温的密封循环腔时，通过腔内的放电装置对气体及碳氢有机物分子进行放电，实现对气体中挥发物进行燃烧，从而去除激光器腔体内部的污染物。燃烧产生的二氧化碳气体留在腔体中，水分子通过循环通路中的分子筛进行吸附。本发明与传统方法相比，可以对污染物进行彻底去除，激光器内部污染物能够长期处在较低的水平，激光器使用寿命更长。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法，特别是一种应用于空间应用激光器的，采用热膨胀实现内部空气对流及利用高压放电实现气体净化的装置及方法。

背景技术

空间应用激光器通常都具有脉冲能量大(或功率高)、光束质量高、使用寿命长等特点。例如，2003年美国宇航局发射的对地测绘卫星ICESat-1上的GLAS激光器，脉冲能量110mJ(75mJ@1064nm，35mJ@532nm)，光束质量M²为1.8，在轨寿命3年；2018年欧空局发射的测风激光雷达ALADIN上的激光器，脉冲能量60mJ@355nm，光束质量为1.5，在轨寿命3年。

这些指标特点，尤其是长寿命，对空间应用激光器的可靠性提出了严峻考验。由于在轨寿命时间长，激光器内部非金属材料会随着时间逐渐挥发出过量的可凝挥发物(主要成分为碳氢有机物分子)，继而附着在光学元件表面，当激光振荡输出时，激光穿透过这些表面时，就容易引起光学元件表面膜层损伤，当激光持续振荡，激光会在透过损伤点时发生衍射及干涉，进而在光路上形成一系列强点，使损伤范围不断扩大，直至整台激光器失效。

GLAS的第一台激光器只工作了37天后便失效，第二台也出现了能量急剧衰减，不得不将每月一次的探测模式调整为每年二次。ALADIN激光器在发射4个月后，激光能量就出现了大幅下降，使任务不得不切换到备份激光器。根据原因分析，上述故障的主要原因就是非金属物挥发出的碳氢化合物污染了光学表面。

为了降低污染物的影响，科研人员在激光器中采用了多种方案，如专利CN201711061321.2公布了一种通过将光学元件在低温下进行氢氟酸刻蚀处理提高光学元件的损伤阈值；该思路的专利还有CN201910856198.6、CN201910640397.3、CN201910363334.8、CN201910090957.2、CN201710355002.6等都是提高光学元件损伤阈值的方法；但一方面，在相当多的激光器中，非金属物的使用难以避免，如导线绝缘层、光电器件外壳、镜片与镜框的缓冲材料、螺纹胶等等。另一方面，上述方法中，污染物得不到根本去除，污染风险仍然存在，而对于长寿命要求的空间应用激光器的可靠性设计也因此受到极大挑战。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法。

本发明解决技术的方案是：

一种主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置，包括激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体；

激光器腔体、第一循环腔体和第二循环腔体均为密封腔体，激光器腔体内部安装有激光器内部部组件；激光器腔体通过第一气体导管与第一循环腔体连接，通过第二气体导管与第二循环腔体连接；

第一循环腔体与第一气体导管连接处内部设置有第一分子筛，第一正惰性电极板和第一负惰性电极板位于第一循环腔体中，且第一正惰性电极板和第一负惰性电极板均与第一循环腔体绝缘，第一循环腔体上设置有第一充气气阀；

第二循环腔体与第二气体导管连接处内部设置有第二分子筛，第二正惰性电极板和第二负惰性电极板位于第二循环腔体中，且第二正惰性电极板和第二负惰性电极板均与第二循环腔体绝缘，第二循环腔体上设置有第二充气气阀；