A Brief Review of Methods for Increasing the Service Life of Laser Metal Optics

S. A. Filin; V. E. Rogalin; I. A. Kaplunov; S. A. Tretiakov

doi:10.17804/2410-9908.2017.4.044-051

S. A. Filin, V. E. Rogalin, I. A. Kaplunov, S. A. Tretiakov

A BRIEF REVIEW OF METHODS FOR INCREASING THE SERVICE LIFE OF LASER METAL OPTICS

DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.044-051

The experience gained during the operation of laser metal optics required a new approach to the technology of preparing mirrors. The operational properties of mirrors directly depend on the energy state of the surface described by such parameters as reflection coefficient, roughness, optical purity, adhesion durability, threshold optical breakdown, etc. Cleaning and/or modification of the surface affect these properties actively, since a surface layer with charged inside technological impurities is formed during the manufacture of mirrors. This layer differs in structure and properties from the bulk of the material significantly. When choosing a detergent medium, it is necessary to take into account the increased chemical activity of the surface in view of the properties of the metal, as well as the necessity of preserving the optical parameters of the surface after cleaning and/or surface modification. Oxygen-free metal surfaces are more difficult to clean in the case of complex contamination; however, in the overwhelming majority of cases, when cleaning metal optics, we have to deal with an oxide-covered surface.

Keywords: laser, cleaning of a surface, metal mirror, technological contaminations, adhesive durability, threshold optical damage

References:

Zimon A.D. Adgeziya plenok i pokrytiy [Adhesion of Films and Coatings]. M., Khimiya Publ., 1977, 352 p. (In Russian).
Itogi nauki i tekhniki. Seriya: Radiotekhnika [R.G. Mirimanova, ed. Summary of Science and Technology]. M., VINITI Publ., 1983, vol. 31, 219 p. (In Russian).
Mann J.B., Ogata R., Hagakawa T. Recent Developments in Mass Spectrometry, Tokio, University Press, 1980, 814 р.
Filin S.A., Rogalin V.E., Kaplunov I.A. Fiziko-khimicheskaya ochistka poverkhnosti silovoy metallooptiki s tselyu uvelicheniya opticheskoy stoykosti. In: Sbornik nauchnykh statey III Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Fizika i tekhnologiya nanomaterialov i struktur» [Physics and Technology of Nanomaterials and Structures: Proceedings of the Third International Scientific and Practical Conference]. Kursk, Universitetskaya Kniga Publ., 2017, pp. 349–357. (In Russian).
Arkhipov Yu.V., Belashkov I.N., Datskevich N.P., Egorov V.N., Izyumov A.F., Karlov N.V., Konov V.I., Kononov N.N., Kuz'min G.P., Nesterenko A.A., Chapliev N.I. Thresholds of the optical-breakdown in air on a polished metal-surface for the radiation at lambda=10.6-mu-m. Kvantovaya Elektronika, 1986, vol. 13, no. 1, pp. 103–109.
Rogalin V.E. Effect of Absorbing Microinhomogeneities on Optical Damage to Alkali– Halide Crystals. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2012, vol. 76, no. 11, pp. 1205–1216. DOI: 10.3103/S1062873812110184
Rogalin V.E. Optical durability of copper mirrors for powerful impulse TEA CO2 lasers. Materialovedenie, 2013, no. 9, pp. 34–42. (In Russian).
Rogalin V.E., Kaplunov I.A. Optical properties of metal mirrors for CO2 lazers. Izvestiya Sochinskogo gosudarstvennogo universiteta, 2013, nos. 4–2 (28), pp. 120–127.
Luft B.D., Shustina A.L. Ochistka detaley elektronnykh priborov [Cleaning of Parts of Electronic Devices]. M., Energiya Publ., 1968, 320 р. (In Russian).
Dong Guojun, Grubyj S.V Study of regularities in process of diamond turning and accuracy of processing the surfaces of metal optics. Tekhnologiya metallov, 2008, no. 2, pp. 26–32. (In Russian).
Drobot A.D., Ilin M.K., Rogalin V.E., Filin S.A., Jampolskij V.I., Narusbek Eh.A. Method for cleaning optical surface of products from metal and alloys. RF Patent 2049155, 1995. (In Russian).
Drobot A.D., Ilin M.K., Rogalin V.E., Filin S.A., Jampolskij V.I. Process of purifying surface of objects of metals and their alloys. RF Patent 2070621, 1996. (In Russian).
Filin S.A., Ilyin M.K., Yampolsky V.I. A method for purifying the optical surface of copper and copper alloy products. RF Patent 2091505, 1997. (In Russian).
Kaplunov I.A., Rogalin V.E., Filin S.A. Research of possibility of laser-chemical purification of metallic surfaces. Tsvetnye metally, 2015, no. 1, pp. 29–31. (In Russian).
Semenov A.P. Trenie i kontaktnoe vzaimodeistvie grafita i almaza s metallami i splavami [Friction and Contact Interaction of Graphite and Diamond with Metals and Alloys]. M., Nauka Publ., 1974, 236 р. (In Russian).
Yatseritsyn A.P., Tsokur A.K., Eremenko A.L. Teplovye yavleniya pri shlifovanii i svoystva obrabotannykh poverhnostey [Thermal Phenomena in Polishing and the Properties of the processed Surfaces]. Minsk, Nauka i Tekhnika Publ., 1973, 212 р. (In Russian).
Examining Surfaces of Oxidized Aluminum Exposed to СО2 Laser Pulses. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2016, vol. 80, no. 12, pp. 1489–1493. DOI 10.3103/S1062873816120170.
Kurs fizicheskoy khimii [Ya.A. Gerasimov, ed. The Course of Physical Chemistry]. M., Khimiya Publ., 1973, vol. 2, 623 р. (In Russian).

С. А. Филин, В. Е. Рогалин, И. А. Каплунов, С. А. Третьяков

КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ЛАЗЕРНОЙ МЕТАЛЛООПТИКИ

Опыт эксплуатации лазерной металлооптики потребовал нового подхода к технологии подготовки зеркал. Эксплуатационные свойства зеркал напрямую зависят от энергетического состояния поверхности, описываемого такими параметрами, как коэффициент отражения, шероховатость, оптическая чистота, адгезионные свойства, порог оптического пробоя и т. д. Очистка и (или) модификация поверхности активно влияют на эти свойства, так как при изготовлении зеркал образуется поверхностный слой с зашаржированными технологическими примесями. Этот слой заметно отличается по структуре и свойствам от объема материала. При выборе моющей среды следует учитывать повышенную химическую активность поверхности с учетом свойств металла, а также необходимость сохранения оптических параметров поверхности после очистки и (или) модификации поверхности. Освобожденные от оксидов поверхности металлов труднее поддаются очистке при комплексном загрязнении, но в подавляющем большинстве случаев при очистке металлооптики приходится иметь дело с поверхностью, покрытой оксидом.

Благодарность: Работа выполнена в рамках проекта РФФИ по теме «Влияние социокультурной среды на формирование научного потенциала современного ученого-исследователя в России и Монголии», номер проекта 17-23-03003.

Ключевые слова: лазер, очистка поверхности, металлическое зеркало, технологические загрязнения, адгези-онная прочность, порог оптического пробоя.

Библиография:

Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий. – М. : Химия, 1977. – 352 с.
Итоги науки и техники. Серия: Радиотехника / под общ. ред. Р. Г. Мириманова. – Т. 31. – М. : ВИНИТИ, 1983. – 219 с.
Mann J. B., Ogata R., Hagakawa T. Recent Developments in Mass Spectrometry. – Tokyo : University Press, 1980. – 814 с.
Филин С. А., Рогалин В. Е., Каплунов И. А. Физико-химическая очистка поверхности силовой металлооптики с целью увеличения оптической стойкости // 3-я Международная научно-практическая конференция «Физика и технология наноматериалов и структур», Курск, 23–25 мая 2017 г. : сборник научных статей : в 2-х т. – Курск : Университетская книга, 2017. – С. 349–357.
Пороги оптического пробоя воздуха на полированной металлической поверхности для излучения с λ=10,6 мкм / Ю. В. Архипов, И. Н. Белашков, И. П. Дацкевич, В. Н. Егоров, А. Ф. Изюмов, Н. В. Карлов, В. И. Конов, Н. Н. Кононов, Г. П. Кузьмин, А. А. Нестеренко, Н. И. Чаплиев // Квантовая электроника. – 1986. – Т. 13, № 1. – С. 103–109.
Rogalin V. E. Effect of Absorbing Microinhomogeneities on Optical Damage to Alkali–Halide Crystals. – Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2012. – Vol. 76, no. 11. – P. 1205–1216. – DOI: 10.3103/S1062873812110184.
Рогалин В. Е. Оптическая стойкость медных зеркал для мощных импульсных ТЕА СО2-лазеров // Материаловедение. – 2013. – № 9. – С. 34–42.
Рогалин В. Е., Каплунов И. А. Оптические свойства металлических зеркал для СО2-лазеров // Известия Сочинского государственного университета. – 2013. – № 4–2 (28). – С. 120–127.
Луфт Б. Д., Шустина А. Л. Очистка деталей электронных приборов. – М. : Энергия, 1968. – 320 с.
Дун Гоцзюнь, Грубый С. В. Анализ закономерностей процесса алмазного точения и точности обработки поверхностей металлооптики // Технология металлов. – 2008. – № 2. – С. 26–32.
Способ очистки оптической поверхности изделий из металлов и их сплавов : пат. 2049155 Рос. Федерация / Дробот А. Д., Ильин М. К., Рогалин В. Е., Филин С. А., Ямпольский В. И., Нарусбек Э. А. – № 3136451/26 ; заявл. 07.03.1986 ; опубл. 27.11.1995, Бюл. № 33.
Способ очистки поверхности изделий из металлов и их сплавов : пат. 2070621 Рос. Федерация / Дробот А. Д., Ильин М. К., Рогалин В. Е., Филин С. А., Ямпольский В. И. – № 4520386/02 ; заявл. 13.09.1989, Бюл. № 35.
Способ очистки оптических изделий из меди и ее сплавов : пат. РФ 2091505 Рос. Федерация / Ильин М. К., Филин С. А., Ямпольский В. И. – № 3199964/25 ; заявл. 20.05.1988 ; опубл. 27.09.1997, Бюл. № 27.
Каплунов И. А., Рогалин В. Е., Филин С. А. Исследование возможности лазернохимической очистки металлических поверхностей // Цветные металлы. – 2014. – № 7. – С. 72–75.
Семенов А. П. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами. – М. : Наука, 1974. – 236 с.
Яцерицын А. П., Цокур А. К., Еременко А. Л. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей. – Минск : Наука и техника, 1973. – 212 с.
Исследование поверхности оксидированного алюминия после воздействия импульса СО2-лазера / В. Е. Рогалин, О. М. Кугаенко, Е. Е. Ашкинази, М. С. Андреева, С. А. Филин // Известия РАН. Сер. физ. – 2016. – Т. 80, № 12. – С. 1688–1692. – DOI: 10.7868/S0367676516120176.
Курс физической химии / под общ. ред. Я. А. Герасимова. – Т. 2. – М. : Химия, 1973.– 623 с.

Библиографическая ссылка на статью

A Brief Review of Methods for Increasing the Service Life of Laser Metal Optics / S. A. Filin, V. E. Rogalin, I. A. Kaplunov, S. A. Tretiakov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2017. - Iss. 4. - P. 44-51. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.044-051. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_123.html
(accessed: 30.12.2024).