專利名稱：一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
慣性約束聚變ICF(Inertial Confinement Fusion)是實現(xiàn)可控?zé)岷司圩兡茉吹闹饕緩街?，同時又可應(yīng)用于國防、基礎(chǔ)科學(xué)研究等領(lǐng)域。自20世紀(jì)60年代激光器問世以來，ICF研究已在世界范圍內(nèi)取得了重要進(jìn)展。聚焦與頻率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于整個激光鏈的末端，包含了多種大口徑光學(xué)元件及其控制、傳動系統(tǒng)和復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，是一個集成了光、機、電的復(fù)雜系統(tǒng)，是ICF裝置的關(guān)鍵單元之一。目前在慣性約束聚變裝置中，存在光學(xué)元件難以在線拆裝、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問題，阻礙了慣性約束聚變裝置的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有慣性約束聚變裝置中，存在光學(xué)元件難以在線拆裝、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問題，提供一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置。一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，它包括倍頻模塊組件、光傳輸管道、透鏡模塊、真空密封取樣模塊和三倍頻參數(shù)診斷包，倍頻模塊組件、光傳輸管道、透鏡模塊和真空密封取樣模塊依次且同軸連接在光路中；倍頻模塊組件包括遮蔽殼體、I ω cpp、倍頻模塊和3 ω cpp,其中，cpp為靜態(tài)位相板，I ω cpp、倍頻模塊和3 ω cpp均置于遮蔽殼體內(nèi)腔中，I ω cp p、倍頻模塊和3 ω cpp依次同軸連接在光路中；透鏡模塊包括透鏡模塊殼體、打靶透鏡和驅(qū)動機構(gòu)，透鏡模塊殼體為方筒體，打靶透鏡固接在驅(qū)動機構(gòu)上，驅(qū)動機構(gòu)置于透鏡模塊殼體的內(nèi)腔；真空密封取樣模塊包括真空密封殼體、主光路真空窗口、診斷包真空窗口、圓法蘭、方法蘭和屏蔽片，真空密封殼體為方錐筒體，主光路真空窗口與方法蘭對應(yīng)設(shè)置在真空密封殼體光的輸入端，屏蔽片鄰近主光路真空窗口設(shè)置在真空密封殼體內(nèi)腔光路中，圓法蘭設(shè)置在真空密封殼體光的輸出端，真空密封殼體的一個側(cè)壁開有診斷包真空窗口，三倍頻參數(shù)診斷包通過診斷包真空窗口與真空密封取樣模塊連通；圓法蘭與真空靶室的真空法蘭對接。本發(fā)明具有組件的模塊化、元件的標(biāo)準(zhǔn)化、單元元件的插件化的特點,通過在常壓下完成頻率轉(zhuǎn)換、諧波分離、激光聚焦的控制功能，在高真空條件下完成光束取樣，解決了慣性約束核聚變用的一種高真空和常壓混合布置的開放式高功率大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置在線拆裝的問題。從而實現(xiàn)了在線更換和拆裝、靶碎片屏蔽。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低。


圖1為本發(fā)明的俯視圖，圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配示意圖，圖3為具體實施方式
四中透鏡模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，它包括倍頻模塊組件1、光傳輸管道2、透鏡模塊
3、真空密封取樣模塊4和三倍頻參數(shù)診斷包5，倍頻模塊組件1、光傳輸管道2、透鏡模塊3和真空密封取樣模塊4依次且同軸連接在光路中；倍頻模塊組件I包括遮蔽殼體1-1、I ω cpp 1-2、倍頻模塊1-3和3 ω cppl-4,其中，cpp為靜態(tài)位相板，I ω cpp 1-2、倍頻模塊1-3和3 ω cppl-4均置于遮蔽殼體1-1內(nèi)腔中，I ω cpp 1-2、倍頻模塊1-3和3 ω cppl-4依次同軸連接在光路中；透鏡模塊3包括透鏡模塊殼體3-1、打靶透鏡3-2和驅(qū)動機構(gòu)3-3，透鏡模塊殼體3-1為方筒體，打靶透鏡3-2固接在驅(qū)動機構(gòu)3-3上，驅(qū)動機構(gòu)3-3置于透鏡模塊殼體3-1的內(nèi)腔；真空密封取樣模塊4包括真空密封殼體4-1、主光路真空窗口 4-2、診斷包真空窗口 4-4、圓法蘭4-5、方法蘭4-6和屏蔽片4-7，真空密封殼體4-1為方錐筒體，主光路真空窗口 4-2與方法蘭4-6對應(yīng)設(shè)置在真空密封殼體4-1光的輸入端，屏蔽片4-7鄰近主光路真空窗口 4-2設(shè)置在真空密封殼體4-1內(nèi)腔光路中，圓法蘭4-5設(shè)置在真空密封殼體4-1光的輸出端，真空密封殼體4-1的一個側(cè)壁開有診斷包真空窗口 4-4，三倍頻參數(shù)診斷包5通過診斷包真空窗口 4-4與真空密封取樣模塊4連通；圓法蘭4-5與真空靶室的真空法蘭對接。所述倍頻模塊1-3包括二倍頻晶體組件、二倍頻二維電動調(diào)角機構(gòu)、三倍頻晶體組件和三倍頻二維電動調(diào)角機構(gòu)，二倍頻二維電動調(diào)角機構(gòu)實現(xiàn)二倍頻晶體的二維的偏擺和俯仰調(diào)整，三倍頻二維電動調(diào)角機構(gòu)實現(xiàn)三倍頻晶體的二維的偏擺和俯仰調(diào)整。
具體實施方式
二:結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，遮蔽殼體1-1還包括沖掃進(jìn)氣口和排氣罩，遮蔽殼體1-1的頂部開有通透的孔洞作為沖掃進(jìn)氣口，遮蔽殼體1-1的底部對應(yīng)開有通透的排氣罩。進(jìn)行打靶實 驗及晶體拆裝時，通過遮蔽殼體1-1沖掃進(jìn)氣口對倍頻模塊充入正壓潔凈氣體，通過排氣罩排除沖掃氣體，保持組件內(nèi)的潔凈環(huán)境和實時潔凈沖掃。
具體實施方式
三:結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，透鏡模塊殼體3-1還包括沖掃進(jìn)氣口和排氣罩，透鏡模塊殼體3-1的頂部開有通透的孔洞作為沖掃進(jìn)氣口，透鏡模塊殼體3-1的底部對應(yīng)開有通透的排氣罩。進(jìn)行打靶實驗及透鏡拆裝時，透鏡模塊殼體3-1沖掃進(jìn)氣口對透鏡模塊充入正壓潔凈氣體，通過排氣罩排除沖掃氣體，保持透鏡模塊內(nèi)的潔凈環(huán)境和實時潔凈沖掃。
具體實施方式
四:結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，透鏡模塊3還包括兩個防塵插板3-4，透鏡模塊殼體3-1兩端的上表面分別開有通透的槽，兩個防塵插板3-4對應(yīng)插入透鏡模塊殼體3-1兩端的槽內(nèi)。透鏡模塊和真空取樣密封模塊之間可實現(xiàn)快速整體拆裝，且透鏡模塊兩端通過插板實現(xiàn)拆裝和運輸?shù)臐崈糸]環(huán)。
具體實施方式
五:結(jié)合圖2說明本實施方式,本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，驅(qū)動機構(gòu)3-3采用五維運動控制機構(gòu)實現(xiàn)。驅(qū)動機構(gòu)3-3采用三維精密平移與偏擺電動調(diào)節(jié)共五維運動控制，所述運動控制采用電磁制動器來實現(xiàn)電機斷電鎖緊，結(jié)合合理的控制流程，從而保證打靶透鏡3-2每維運動均獨立解耦、高穩(wěn)定性、高精度。使調(diào)焦過程中理論上無坐標(biāo)耦合，有利于減少焦點的誤差源，簡化控制算法，減少調(diào)控周期。
具體實施方式
六:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，真空密封殼體4-1采用鋁合金的方錐筒體。殼體材料采用鋁合金，防止中子活化。
具體實施方式
七:結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，遮蔽殼體1-1、光傳輸管道2、透鏡模塊殼體3-1均采用鋁合金的方筒體。
具體實施方式
八:結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口·徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，它還包括兩個支撐連接件6，所述兩個支撐連接件6對應(yīng)固接在遮蔽殼體1-1相對的兩個外側(cè)面上。
具體實施方式
九:結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步限定，三倍頻參數(shù)診斷包5包括能量卡計、光電管和兩個取樣反射鏡。本發(fā)明在實際應(yīng)用中的具體實施過程:1、真空密封取樣模塊為鋁合金方錐筒體結(jié)構(gòu)，其前端通過圓法蘭與靶球連通，其后端為方形法蘭且其后部通過真空隔離片真空密封，其側(cè)面通過三倍頻診斷包真空窗口與三倍頻診斷包相連。其后端的方形法蘭，作為基礎(chǔ)支撐平臺，透鏡模塊安裝在該法蘭上，通過螺栓連接，可實現(xiàn)真空密封取樣模塊和透鏡模塊的整體拆裝。所述的三倍頻診斷包真空窗口、真空隔離片與真空密封取樣模塊構(gòu)成真空密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)屏蔽片LRU (LineReplaceable Unit)組件,所述屏蔽片設(shè)計成快速插拔結(jié)構(gòu)；2、所述的透鏡模塊機構(gòu)由打靶透鏡和五維運動的驅(qū)動機構(gòu)組成，通過支撐框架結(jié)構(gòu)固定在真空密封取樣模塊的方法蘭上。透鏡模塊上面的透鏡模塊沖掃板通過搭扣相連，透鏡模塊沖掃板上面與之相連的是透鏡模塊沖掃蓋板。所述的真空隔離片和打靶透鏡可通過拆卸下透鏡上方的透鏡模塊沖掃蓋板和透鏡模塊沖掃板，在上方從透鏡模塊中拆裝。透鏡模塊外殼采用鋁合金板加氟橡膠圈、防塵插板和搭扣實現(xiàn)百級潔凈防護(hù)密封。3、所述的倍頻模塊組件由遮蔽防塵組件、靜態(tài)位相板、I ω cpp、二倍頻晶體(SHG)、三倍頻晶體(THG)、3cocpp和兩個二維電動調(diào)角機構(gòu)組成，通過支撐連接件分別固定于上層桁架或不銹鋼支架之上。倍頻模塊后部是I ω cpp，其后面有電動通光遮蔽擋板組件，用于靜態(tài)位相板防塵。所述的倍頻模塊前是3 ω cpp組件，其前面通過光管道與透鏡模塊相連。倍頻模塊通過姿態(tài)調(diào)整板與桁架或不銹鋼支架相連固定。所述的倍頻模塊組件與透鏡模塊之間由光傳輸管道相連，倍頻模塊組件和透鏡模塊外殼采用鋁合金板加氟橡膠圈和搭扣實現(xiàn)百級防護(hù)密封，便于日常維護(hù)、快速更換光學(xué)元件。殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的主要材料也為鋁合金，防止中子活化。
為了實現(xiàn)光學(xué)元件的快速更換，將光學(xué)元件和其夾持框定義為光學(xué)元件模塊，終端光學(xué)組件內(nèi)共有7個光學(xué)元件模塊，所述的光學(xué)元件模塊設(shè)計為導(dǎo)軌和晶體框側(cè)面帶滾動軸承滾動摩擦方式實現(xiàn)低摩擦、低磨損插拔，有利于快速更換和簡化操作，增強可維護(hù)性。全部光學(xué)元件均可實現(xiàn)在線并行拆裝，其中所述的真空窗口和屏蔽片的更換需要在靶球恢復(fù)到常壓的情況下進(jìn)行。所述的倍頻模塊組件由兩個二維晶體調(diào)角機構(gòu)、靜態(tài)位相板防塵機構(gòu)和I ω CPP、3 CPP安裝導(dǎo)向機構(gòu)等組成。所述的調(diào)角機構(gòu)都采用正交軸結(jié)構(gòu)，由步進(jìn)電機+滾珠絲杠實現(xiàn)直線微驅(qū)動，通過柔性環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為精密角度驅(qū)動，從而實現(xiàn)晶體最佳匹配角的二維電動調(diào)整，偏振態(tài)調(diào)整采用離線調(diào)整方式，調(diào)整完成后用螺釘鎖緊。在1 CPP、3 CPP插拔方面有導(dǎo)向滑道、快速鎖緊機構(gòu)，實現(xiàn)了雙晶體安裝、且實現(xiàn)可互換；保證了光學(xué)元件安裝的便捷性、通用性和擴展性。進(jìn)行整體拆卸時先給透鏡模塊充入正壓潔凈氣體，分別打開透鏡LRU拆裝口艙門和另一端的潔凈 防護(hù)插板口艙門，插入兩端防護(hù)插板，重新蓋好各自的密封艙門，運輸至百級潔凈間；安裝時按逆向流程操作。開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則:材料選擇低中子活化、元件的標(biāo)準(zhǔn)化、各個分系統(tǒng)的模塊化和單元元件的插件化，動態(tài)沖掃保障裝置百級潔凈。完成了常壓下實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換、諧波分離、激光聚焦的控制功能，在高真空條件下完成光束取樣等功能。本發(fā)明首次解決了我國慣性約束核聚變裝置用的一種高真空和常常壓混合布置的開放式高功率大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置問題。本發(fā)明還具有便于在線更換和拆裝的模塊化設(shè)計、動態(tài)沖掃便于潔凈清洗，高真空和常壓合理布局利于潔凈、低成本。本發(fā)明具以下突出優(yōu)點:一、模塊化設(shè)計，整體拆裝，結(jié)構(gòu)緊湊、易拆卸、易維護(hù)、精度高；二、光學(xué)元件可在線拆裝，快速鎖緊，實現(xiàn)便捷性。三、集激光整形、激光倍頻、激光束聚焦注入、參數(shù)取樣、靶碎片屏蔽等多種功能于一體；四、在強輻射、超潔凈、高真空及大氣條件下可靠性強，且避免中子活化的危害；五、污染物動態(tài)潔凈沖掃、實現(xiàn)全流程閉環(huán)潔凈。六、相同性質(zhì)的晶體框具有可互換性、通用性和可擴展性。
權(quán)利要求
1.一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，它包括倍頻模塊組件(I)、光傳輸管道(2)、透鏡模塊(3)、真空密封取樣模塊(4)和三倍頻參數(shù)診斷包(5)，倍頻模塊組件(I)、光傳輸管道(2)、透鏡模塊(3)和真空密封取樣模塊(4)依次且同軸連接在光路中；倍頻模塊組件(I)包括遮蔽殼體(1-1)、locpp (1-2)、倍頻模塊(1-3)和3 ω cpp (1-4)，其中，cpp為靜態(tài)位相板，I ω cpp (1-2)、倍頻模塊(1-3)和3 ω cpp (1-4)均置于遮蔽殼體(1-1)內(nèi)腔中，I cpp (1-2)、倍頻模塊(1-3) 3 ω cpp (1-4)依次同軸連接在光路中；透鏡模塊(3)包括透鏡模塊殼體(3-1)、打靶透鏡(3-2)和驅(qū)動機構(gòu)(3-3)，透鏡模塊殼體(3-1)為方筒體，打靶透鏡(3-2)固接在驅(qū)動機構(gòu)(3-3)上，驅(qū)動機構(gòu)(3-3)置于透鏡模塊殼體(3-1)的內(nèi)腔；真空密封取樣模塊(4)包括真空密封殼體(4-1)、主光路真空窗口(4-2)、診斷包真空窗口(4-4)、圓法蘭(4-5)、方法蘭(4-6)和屏蔽片(4_7)，真空密封殼體(4-1)為方錐筒體，主光路真空窗口(4-2)與方法蘭(4-6)對應(yīng)設(shè)置在真空密封殼體(4-1)光的輸入端，屏蔽片(4-7)鄰近主光路真空窗口(4-2)設(shè)置在真空密封殼體(4-1)內(nèi)腔光路中，圓法蘭(4-5)設(shè)置在真空密封殼體(4-1)光的輸出端,真空密封殼體(4-1)的一個側(cè)壁開有診斷包真空窗口(4-4)，三倍頻參數(shù)診斷包(5)通過診斷包真空窗口(4-4)與真空密封取樣模塊(4)連通；圓法蘭(4-5)與真空靶室的真空法蘭對接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，遮蔽殼體(1-1)還包括沖掃進(jìn)氣口和排氣罩，遮蔽殼體(1-1)的頂部開有通透的孔洞作為沖掃進(jìn)氣口，遮蔽殼體(1-1)的底部對應(yīng)開有通透的排氣罩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，透鏡模塊殼體(3-1)還包括沖掃進(jìn)氣口和排氣罩，透鏡模塊殼體(3-1)的頂部開有通透的孔洞作為沖掃進(jìn)氣口，透鏡模塊殼體(3-1)的底部對應(yīng)開有通透的排氣罩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，透鏡模塊(3)還包括兩個防塵插板(3-4)，透鏡模塊殼體(3-1)兩端的上表面分別開有通透的槽，兩個防塵插板(3-4)對應(yīng)插入透鏡模塊殼體(3-1)兩端的槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，驅(qū)動機構(gòu)(3-3)采用五維運動控制機構(gòu)實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，真空密封殼體(4-1)采用鋁合金的方錐筒體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，遮蔽殼體(1-1)、光傳輸管道(2)、透鏡模塊殼體(3-1)均米用招合金的方筒體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，它還包括兩個支撐連接件(6)，所述兩個支撐連接件(6)對應(yīng)固接在遮蔽殼體(1-1)相對的兩個外側(cè)面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，三倍頻參數(shù)診斷包(5)包括能量卡計、光電管和兩個取樣反射鏡。
全文摘要
一種開放式高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，本發(fā)明涉及光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換裝置，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有慣性約束聚變裝置中，存在光學(xué)元件難以在線拆裝、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問題，本發(fā)明包括倍頻模塊組件、光傳輸管道、透鏡模塊、真空密封取樣模塊和三倍頻參數(shù)診斷包，倍頻模塊組件、光傳輸管道、透鏡模塊和真空密封取樣模塊依次且同軸連接在光路中；透鏡模塊包括透鏡模塊殼體、打靶透鏡和驅(qū)動機構(gòu)；真空密封取樣模塊包括真空密封殼體、主光路真空窗口、診斷包真空窗口、圓法蘭、方法蘭和屏蔽片；圓法蘭與真空靶室的真空法蘭對接。本發(fā)明適用于高通量大口徑光學(xué)聚焦與頻率轉(zhuǎn)換。
文檔編號G02B7/04GK103235393SQ20131015598
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者梁迎春, 陳家軒, 謝文坤, 劉海濤, 于福利, 張慶春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)