Результаты ремонта лазерного резонатора Coherent K250

1. Содержание рекламации (согласно письму по электронной почте)
2. После работы лазерного излучателя в течении 411 часов величина средней мощности излучения снизилась на 10 %. 
3. После эксплуатации в течении 411 часов на плите лазерного резонатора обнаружена поверхностная коррозия материала (см. рис.1 – 3).

Рисунок 1. Следы коррозии на плите лазерного резонатора в районе глухого фланца.
 

Рисунок 2. Следы коррозии на плите лазерного резонатора в районе глухого фланца.

Рисунок 3. Внешний вид индиевого уплотнения выходного фланца.

2. Содержание работ
   1. Определение причин возникновения коррозии.
   2. Определение причины снижения выходной средней мощности.
   3. Мероприятия по восстановлению требуемого уровня средней мощности излучения

3. Результаты работ
   1. Для выяснения причин появления пятен коррозии лазерный резонатор был подключен к системе охлаждения типа “чиллер” с возможностью регулировки давления охлаждающей воды в замкнутом контуре. При давлении в системе 4,5 бар были выявлены капельные течи шланга водяного охлаждения, подключенного к выходному фитингу системы охлаждения электродов. Повторное затягивание хомута, фиксирующего шланг на фитинге, результатов не принесло, течь не была устранена. Поэтому, было принято решение заменить резиновый шланг на кусок рукава ПВХ соответствующего диаметра.
      После проведения повторных гидравлических испытаний течи не выявлено.
      Анализ приведенных выше изображений позволяет заключить, что появление пятен коррозии, а также сильное окисление индиевого уплотнения связано с наличием капельной течи шланга водяного охлаждения, подключенного к выходному фитингу системы охлаждения электродов. При работе лазерного резонатора в течении длительного времени наличие подобной течи привело к значительной по объему утечке воды, что и привело к возникновению данной коррозии. 
   2. После проведения указанных работ было проведено включение лазерного резонатора в работу для измерения средней мощности излучения в Режиме 2.

• • Частота следования импульсов                F=2100 Гц,
  • Коэффициент заполнения                        d.c.=19%.
  • Ток потребления ВЧ-блока                      38 АПри этом средняя выходная мощность излучения составила 122 Вт. 

• деградация отражающих поверхностей резонаторных зеркал,
• наличие в газовой смеси примесей (молекул воды, следы органических соединений) адсорбированных поверхностями деталей, появление которых связано с нахождением элементов конструкции лазерного резонатора в атмосферных условиях при проведении работ по замене резонаторных зеркал.

• Отражающие поверхности резонаторных зеркал в норме.
• Снижение средней мощности генерации связано с изменением состава газовой смеси.

• Длительная откачка вакуумного объема с одновременным прогревом корпуса лазерного резонатора до температуры 70 °С с последующим остыванием корпуса до температуры окружающей среды.
• Наполнение вакуумного объема газообразным азотом высокой чистоты до атмосферного давления.
• Откачка вакуумного объема до давления 15 – 45 мм рт. ст.
• Зажигание тлеющего разряда в азоте в Режиме 1 и работа лазерного резонатора в указанном режиме в течении 1 часа.
• Откачка вакуумного объема лазерного резонатора до предельно низкого давления.

Прогрев корпуса должен приводить к очистке его внутренней поверхности, в частности от молекул воды, так как большая температура способствует переходу молекул воды из жидкого состояния в пар, впоследствии откачиваемый. 
Заполнение внутреннего объема газом высокой чистоты позволяет произвести очистку поверхности от иных загрязнений благодаря взаимодействию молекул загрязняющих веществ с молекулами газа, обладающими большой кинетической энергией. При этом происходит отрыв молекул загрязняющих веществ от поверхности деталей.
Разряд в газе низкого давления позволяет также очистить поверхности разрядных электродов за счет взаимодействия ионизированных молекул газа с молекулами загрязняющих веществ.
Для увеличения скорости откачки была изготовлена переходная деталь, которая устанавливалась вместо устройства предионизации (см. рис.4).

Рисунок 4. Подключение магистрали откачки через переходную деталь.
 
На рис.5 приведен внешний вид разряда при низком давлении азота во внутреннем объеме лазерного резонатора.
Рисунок 5. Внешний вид разряда при низком давлении азота (съемка через выходное окно).
           
По приведенной выше методике было произведено 3 цикла очистки внутреннего объема лазерного резонатора.
По окончании проведения работ во внутренний объем лазерного резонатора был осуществлен напуск азота высокой чистоты до давления, незначительно превышающего атмосферное. После установки устройства предионизации на его штатное место, проверки герметичности, и заполнения лазерного резонатора смесью лазерных газов были достигнуты следующие значения средней мощности излучения (Режим 2):
Р_ген.=131 – 133 Вт.
 

4. Заключение
   1. Наличие на плите пятен коррозии вызвано капельной течью шланга водяного охлаждения, подключенного к выходному фитингу системы охлаждения электродов. Замена шланга устранила данную проблему.
   2. Проведенная по описанной в п.3 методике очистка внутреннего объема вакуумной камеры лазерного резонатора и поверхностей, расположенных в ней деталей, должна обеспечить большее время жизни лазерной смеси, т.е. долговременную стабильность выходной средней мощности излучения.