一种激光系统的防护装置

1.本发明涉及高功率激光装置研究与设计领域，具体而言，涉及一种激光系统的防护装置。


背景技术：

2.大型激光装置采用高功率密度能源直接或间接地加载到聚变靶丸上，使其高度压缩实现燃料的自持燃烧，在内爆运动惯性约束下达到热核点火的条件，即“劳逊判据”。在激光点火的瞬间，靶丸会瞬间达到高温高压状态并产生大量的粉尘与气溶胶，反向进入大型激光装置的终端组件内部，而终端光学组件内部的光学元件具有极高的洁净度要求，其洁净度通常要求达到百级以上，而在打靶时产生的气溶胶会破坏终端组件的洁净环境，为了防止打靶时产生的气溶胶破坏洁净环境，在终端组件的末端安装有隔离窗。
3.但是现有的激光系统在每次进行激光打靶时产生的粉尘与气溶胶在靶室高温高压的环境下会对隔离窗造成损伤，导致隔离窗需要频繁更换，由于隔离窗需要抵御真空靶室的真空环境和激光系统的大气环境，同时增大临界损伤尺度，隔离窗元件的径厚比必须约束在安全范围内，这势必要求隔离窗较厚进而耗用较多的玻璃材料，使得隔离窗造价昂贵，频繁更换隔离窗会造成较大的经济损失。


技术实现要素：

4.本发明旨在一定程度上解决现有的激光系统在每次进行激光打靶时产生的粉尘与气溶胶在靶室高温高压的环境下会对隔离窗造成损伤的问题。
5.为解决上述问题，本发明提供了一种激光系统的防护装置，包括壳体，所述壳体内设置有多路光路，所述壳体设置于真空靶室与激光系统的末端之间，所述壳体内沿每路所述光路的方向分别依次设置有真空窗口和主屏蔽片，所述真空窗口用于隔离所述真空靶室的真空环境和激光系统的大气环境，所述主屏蔽片用于防护溅射物对所述真空窗口的污染。
6.进一步地，多路所述光路上的多个所述真空窗口沿所述壳体的边缘依次分布。
7.进一步地，所述壳体的截面为正方形，所述光路设置有八路，八路所述光路上的八个所述真空窗口沿所述壳体的边缘依次分布。
8.进一步地，所述每路光路上还设有次防护片，所述次防护片位于所述主屏蔽片远离所述真空窗口的一侧。
9.进一步地，每个所述主屏蔽片和每个所述真空窗口之间均设置有密封空间。
10.进一步地，所述壳体内分别设置第一导轨机构和第二导轨机构，所述真空窗口在所述第一导轨机构的导向下适于移出和移入所述壳体，所述主屏蔽片在所述第二导向机构的导向下适于移出和移入所述壳体。
11.进一步地，所述真空窗口与所述第一导向机构之间、所述第一导向机构与所述壳体之间、所述主屏蔽片与所述第二导向机构之间以及所述第二导向机构与所述壳体之间均
设置有密封结构；
12.所述真空窗口的外侧壁和所述主屏蔽片的外侧壁分别设置有把手。
13.进一步地，还包括与所述次防护片对应的自动更换装置，所述自动更换装置包括更换仓、横移机构和纵移机构，所述更换仓设置于所述壳体外侧，所述更换仓中适于并排分布多个备用防护片，所述纵移机构适于将所述次防护片从所述壳体内的工作位置移动至所述更换仓中且将所述更换仓中的所述备用防护片移动至所述工作位置，所述横移机构适于横向移动所述更换仓以使一个所述备用防护片对准所述工作位置。
14.进一步地，所述横移机构包括第一丝杠、横移导轨机构和横移电机，所述更换仓滑动连接于所述横移导向机构上，所述更换仓螺纹连接在所述第一丝杠上，所述横移电机与所述第一丝杠连接；
15.所述纵移机构包括第二丝杠、纵移导轨机构和纵移电机，所述第二丝杠上设有螺母，所述螺母连接有推板，所述推板通过磁吸力装置与所述次防护片连接，所述推板和所述次防护片分别滑动连接于所述纵移导轨机构上，所述纵移电机与所述第二丝杠连接。
16.与现有技术相比，本发明提供的一种激光系统的防护装置，具有但不局限于以下技术效果：
17.通过在真空窗口的前方设置有成本较低的主屏蔽片，进而可以通过主屏蔽片有效阻挡溅射物对真空窗口的直接作用，进而起到防护真空窗口的作用。被溅射物直接作用的主屏蔽片成本较低，当其损坏时，更换成本较低的主屏蔽片即可，以此降低真空窗口的更换频率，达到减小成本的效果。同时，在一个壳体内集成有多个光路，进而各个光路上的真空窗口和主屏蔽片也集成在同一个壳体中，这种“集成式”设计可以将多个光路集成在同一激光系统的空间中，进而靶丸周围空间就可以布置多个所需数量的“集成式”激光系统，最终实现在靶丸的周围有限的空间内布置所需数量的光路。解决了现有的激光系统在每次进行激光打靶时产生的粉尘与气溶胶在靶室高温高压的环境下会对隔离窗造成损伤的问题。
附图说明
18.图1为本发明的具体实施方式的激光系统的防护装置的示意性结构图；
19.图2为本发明的具体实施方式的壳体的内部的示意性结构图；
20.图3为本发明的具体实施方式的自动更换装置的示意性结构图。
21.标记说明：
22.1-壳体，2-真空窗口，21-第一导轨机构，3-主屏蔽片，31-第二导轨装置，4-次防护片，5-自动更换装置，51-更换仓，521-第一丝杠，522-横移导轨机构，523-横移电机，531-第二丝杠，532-纵移导轨机构，533-纵移电机。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能
理解为对本发明的限制。
25.而且，附图中z轴表示竖向，也就是上下位置，并且z轴的正向(也就是z轴的箭头指向)表示上，z轴的负向(也就是与z轴的正向相反的方向)表示下；附图中x轴表示水平面的纵向，与z轴垂直，并且x轴的正向(也就是x轴的箭头指向)表示前侧，x轴的负向(也就是与x轴的正向相反的方向)表示后侧；附图中y中表示水平面的横向，同时与z轴和x轴垂直，并且y轴的正向(也就是y轴的箭头指向)表示右侧，y轴的负向(也就是与y轴的正向相反的方向)表示左侧；x轴和z轴形成的平面为竖直平面。
26.同时需要说明的是，前述z轴、y轴及x轴的表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
28.参见图1至图3，本实施例提供了一种激光系统的防护装置，包括壳体1，壳体1内设置有多路光路，壳体1设置于真空靶室与激光系统的末端之间，壳体1内沿每路光路的方向分别依次设置有真空窗口2和主屏蔽片3，真空窗口2用于隔离真空靶室的真空环境和激光系统的大气环境，主屏蔽片3用于防护溅射物对真空窗口2的污染。
29.这里，本实施例中的真空窗口2，同现有技术一样，在激光点火的瞬间，真空靶室中的靶丸会瞬间达到高温高压状态并产生大量的粉尘与气溶胶，反向进入大型激光装置的终端组件(即前述的激光系统)内部，而终端光学组件内部的光学元件具有极高的洁净度要求，其洁净度通常要求达到百级以上，而在打靶时产生的气溶胶会破坏终端组件的洁净环境，为了防止打靶时产生的气溶胶破坏洁净环境，需要终端组件的末端安装有真空窗口2。由于真空窗口2需要抵御真空靶室的真空环境和激光系统的大气环境，同时增大临界损伤尺度，真空窗口2的径厚比必须约束在安全范围，这势必要求真空窗口2较厚进而耗用较多的玻璃材料，使得其成本较高。
30.需要说明的是，真空窗口2同现有技术一样，是一个玻璃窗，供激光通过。
31.这里，通过在真空窗口2的前方设置有成本较低的主屏蔽片3，进而可以通过主屏蔽片3有效阻挡溅射物对真空窗口2的直接作用，进而起到防护真空窗口2的作用。被溅射物直接作用的主屏蔽片3成本较低，当其损坏时，更换成本较低的主屏蔽片3即可，以此降低真空窗口2的更换频率，达到减小成本的效果。
32.这里，通过在壳体1内设置有多个光路，每个光路上分别依次设置有真空窗口2和主屏蔽片3，多个光路在壳体1内空间中的分布使得每一个真空窗口2不会有重合区域的同时，通过在一定空间中布置较多的光路，以此完成最终打靶所需要的总的光路的数量。同时，在一个壳体1内集成有多个光路，进而各个光路上的真空窗口2和主屏蔽片3也集成在同一个壳体1中，在满足同样数量要求的光路的情况下，这种“集成式”设计可以将多个光路集成在同一激光系统的空间中，实现在靶丸的周围有限的空间内布置所需数量的光路(因为在本领域中，靶丸很小，尤其是相对于打靶装置来说更是微乎其微，完成打靶所需要的光路的数量又要很多，传统的“单光路”激光系统中只含有一个光路，这种传统的“单光路”激光系统很难在靶丸周围布置有限的空间中布置到所需要的数量)。
33.参见图1，优选地，多路光路上的多个真空窗口2沿壳体1的边缘依次分布。
34.这里，即使有前方主屏蔽片3的防护作用，真空窗口2也有需要更换的时候，因此这里将多个真空窗口2沿壳体1的边缘依次分布，这样可以使得真空窗口2从壳体1的外侧抽出而达到更换的目的。
35.参见图1，优选地，壳体1的截面为正方形，光路设置有八路，八路光路上的八个真空窗口2沿壳体1的边缘依次分布。其中，壳体1的截面指的是图1中yz面。
36.这里，通过将壳体1设置为正方形壳体，并设置有八路光路，实现在一定的空间内布置最多的光路。参照图1，“八路光路上的八个真空窗口2沿壳体1的边缘依次分布”呈3
×
3阵列分布，当然壳体1中心位置缺一个，这八个真空窗口2中的三个真空窗口2可以从壳体1的左侧抽出而更换，这八个真空窗口2中的又三个真空窗口2可以从壳体1的右侧抽出而更换，这八个真空窗口2中的最后两个真空窗口2分别从壳体1的上侧和下侧抽出而更换。同理，八个主屏蔽片3的抽出方向亦是如此。这种“3
×
3阵列分布”的方式，使得在有限尺寸的壳体1内可以分布有最多数量的光路，同时各个光路上的真空窗口2之间不会相互妨碍各自的抽出更换，各个光路上的主屏蔽片3之间不会相互妨碍各自的抽出更换；同时位于“3
×
3阵列分布”中心缺少的一个位置可以设置一个支撑架，进而实现对周边的真空窗口2的支撑和限位，增加壳体1结构强度。
37.参见图2和图3，优选地，每路光路上还设有次防护片4，次防护片4位于主屏蔽片3的前方。
38.这里，在主屏蔽片3的前方还设置有次防护片4，即次防护片4位于主屏蔽片3远离真空窗口2的一侧，通过双重保护，对真空窗口2的防护效果更好。
39.这里，由于次防护片4直接与溅射物接触，所以次防护片4会更换的很频繁，而主屏蔽片3位于次防护片4的外侧，收到溅射物的冲击较少，相对更换频率较低。故主屏蔽片3可以采用手动更换方式，次防护片4采用自动更换的方式。
40.优选地，主屏蔽片3和真空窗口2之间设置有密封空间。
41.这里，通过在主屏蔽片3和真空窗口2之间设置有密封空间，即将每个真空窗口2和其前方对应的一个主屏蔽片3之间的空间设置为一种密封的空间，能防止主屏蔽片3与次防护片4之间区域的污染物进入到真空窗口2表面区域空间，提高对真空窗口2的防护效果。
42.参见图2，优选地，壳体1内分别设置第一导轨机构21和第二导轨机构31，真空窗口2在第一导轨机构21的导向下适于移出和移入壳体1，主屏蔽片3在第二导向机构31的导向下适于移出和移入壳体1。
43.这里，通过设置第一导轨机构21，真空窗口2便于在第一导轨机构21的导向下进行更换，通过设置第二导轨机构31，主屏蔽片3便于在第二导轨机构31的导向下进行更换。
44.优选地，真空窗口2与第一导向机构21之间、第一导向机构21与壳体1之间、主屏蔽片3与第二导向机构31之间以及第二导向机构31与壳体1之间均设置有密封结构。在真空窗口2与第一导向机构21之间设置密封结构，在保证真空窗口2可以沿着第一导向机构21移动的同时，保证安装在工作位置的真空窗口2与第一导向机构21之间是密封的，在第一导向机构21与壳体1之间设置有密封结构，保证真空窗口2与壳体1之间是密封的，进而保证真空窗口2起到隔离真空靶室的真空环境和激光系统的大气环境的作用。同理，主屏蔽片3与第二导向机构31之间以及第二导向机构31与壳体1之间均设置有密封结构亦是如此。
45.优选地，真空窗口2具体包括真空窗口本体和设置于真空窗口本体边缘的第一框体，主屏蔽片3具体包括主屏蔽片本体和设置于主屏蔽片本体边缘的第二框体，真空窗口2的外侧壁和主屏蔽片3的外侧壁分别设置有把手，即在第一框体漏出壳体1的一侧壁以及第二框体漏出壳体1的一侧壁分别设置有把手，方便将真空窗口2和主屏蔽片3拉出。
46.这里，通过设置密封结构，比如可以是密封条，以此实现真空窗口2的密封、主屏蔽片3的密封。
47.参见图1，优选地，壳体1上设置有与每个次防护片4对应的自动更换装置5，自动更换装置包括更换仓51、横移机构和纵移机构，更换仓51设置于壳体1外侧，更换仓51中并排分布有多个备用防护片，纵移机构适于将次防护片4从壳体1内的工作位置移动至更换仓51中且将更换仓51中的备用防护片移动至工作位置，横移机构适于横向移动更换仓51而使一个备用防护片对准工作位置。
48.这里，在需要更换次防护片4时，先通过纵移机构将处于工作位置的次防护片4移出壳体并移至更换仓51中，之后再在通过横移机构将更换仓51横向移动，时备用防护片对准工作位置，之后再通过纵移机构将备用防护片移动至工作位置。这里需要说明的是，“横向移动”指的是x方向上的移动。
49.优选地，横移机构和纵移机构均为丝杠传动结构。
50.参见图2和图3，优选地，横移机构包括第一丝杠521、横移导轨机构522和横移电机523，更换仓51滑动连接于横移导向机构522上，更换仓51螺纹连接在第一丝杠521上，横移电机523与第一丝杠521连接。
51.纵移机构包括第二丝杠531、纵移导轨机构532和纵移电机533，第二丝杠531上设有螺母，螺母连接有推板，推板通过磁吸力装置与次防护片4连接，推板和次防护片4滑动连接于纵移导轨机构532上，纵移电机533与第二丝杠531连接。
52.这里，纵移电机533带动第二丝杠531转动，进而螺母带动推板向着更换仓51移动，推板推动纵移导轨机构532上的次防护片4移入壳体1外侧的更换仓51中，之后横移电机523带动第一丝杠521转动，进而带动更换仓51移动，使磁吸力装置与次防护片4边缘的磁性金属框分离，直至更换仓51中的一个备用防护片对准工作位置，进而该被用防护片边缘的磁性金属框被磁力吸附装置吸住，再通过纵移电机533带动第二丝杠531反转，使该备用防护片沿着纵移导轨机构532移动至工作工作位置，完成次防护片4的更换。
53.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。