RU2562615C1 - Ion-plasma cleaning of gas laser resonator inner surface - Google Patents
Ion-plasma cleaning of gas laser resonator inner surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2562615C1 RU2562615C1 RU2014125009/07A RU2014125009A RU2562615C1 RU 2562615 C1 RU2562615 C1 RU 2562615C1 RU 2014125009/07 A RU2014125009/07 A RU 2014125009/07A RU 2014125009 A RU2014125009 A RU 2014125009A RU 2562615 C1 RU2562615 C1 RU 2562615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- gas
- cleaning
- ion
- discharge
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к способам очистки газоразрядных приборов, например резонаторов моноблочных газовых лазеров, в процессе технологической обработки.The invention relates to the field of quantum electronics, in particular to methods for cleaning gas-discharge devices, for example, resonators of single-block gas lasers, in the process of processing.
Известен способ очистки электровакуумных и газоразрядных приборов, заключающийся в ионной бомбардировке поверхностей газоразрядного прибора в газовом разряде при непрерывном изменении давления в процессе откачки газов в приборе, причем одновременно объем облучается ультразвуком с плотностью, достаточной для удаления адсорбированных веществ [1].There is a method of cleaning electric vacuum and gas-discharge devices, which consists in ion bombardment of the surfaces of a gas-discharge device in a gas discharge with a continuous change in pressure during the pumping of gases in the device, and at the same time the volume is irradiated with ultrasound with a density sufficient to remove adsorbed substances [1].
Известен способ очистки внутренних поверхностей электровакуумных приборов путем возбуждения газового разряда на частоте электромагнитного резонанса очищаемого междуэлектродного пространства, чтобы не нарушались свойства электродов [2].There is a method of cleaning the inner surfaces of electrovacuum devices by exciting a gas discharge at a frequency of electromagnetic resonance of the cleaned interelectrode space so that the properties of the electrodes are not violated [2].
Указанные способы не позволяют провести очистку всего внутреннего объема прибора, так как при этом происходит обработка части внутреннего объема, а именно части рабочего канала. В случае прибора со сложной конфигурацией внутренних полостей и капилляров нахождение значения электромагнитного резонанса очищаемого пространства является затруднительным и очистка таким способом неприемлема. При этом не происходит очистки рабочей поверхности собственных электродов прибора, а также нет возможности выносить нелетучие продукты очистки за пределы корпуса очищаемого прибора из-за отсутствия дополнительных съемных конструктивных элементов - коллекторов загрязнений.These methods do not allow cleaning of the entire internal volume of the device, since this involves the processing of part of the internal volume, namely part of the working channel. In the case of a device with a complex configuration of internal cavities and capillaries, finding the electromagnetic resonance value of the cleaned space is difficult and cleaning in this way is unacceptable. At the same time, there is no cleaning of the working surface of the device’s own electrodes, and there is no way to remove non-volatile cleaning products outside the body of the device to be cleaned due to the lack of additional removable structural elements - pollution collectors.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ ионно-плазменной очистки внутренней поверхности резонатора газового лазера на тлеющем разряде [3], в котором проводят установку корпуса резонатора газового лазера на откачной пост, высоковакуумную откачку и наполнение газом, создание тлеющего разряда между электродами, тренировку и стабилизацию собственных электродов. Холодный катод выполнен в виде проводящего покрытия на боковой поверхности герметизированной цилиндрической катодной полости. Постоянное напряжение подается к катоду и электродам, в качестве которых выступают собственные аноды лазера. После соответствующей откачки и наполнения требуемым газом проводят обработку лазера в тлеющем разряде, последовательно в неоне и кислороде при отрицательной полярности напряжения на катоде, затем - в разряде неона при положительной полярности напряжения на катоде. Заканчивают обработку в лазерной гелий-неоновой смеси.Closest to the technical nature of the present invention is a method of ion-plasma cleaning of the inner surface of a resonator of a gas laser based on a glow discharge [3], in which the resonator housing of a gas laser is mounted on a pumping station, high-vacuum pumping and gas filling, creating a glow discharge between the electrodes, training and stabilization of their own electrodes. The cold cathode is made in the form of a conductive coating on the side surface of a sealed cylindrical cathode cavity. A constant voltage is applied to the cathode and electrodes, which are the laser’s own anodes. After appropriate pumping and filling with the required gas, the laser is treated in a glow discharge, sequentially in neon and oxygen with a negative voltage polarity at the cathode, then in a neon discharge with a positive voltage polarity at the cathode. Finish processing in a laser helium-neon mixture.
Недостатком этого способа является невозможность осуществления однонаправленного выноса твердых микрочастиц за пределы корпуса. Сначала катод обрабатывается под отрицательным потенциалом в разряде неона, при этом загрязнения вследствие катодного распыления с его поверхности распространяются по газоразрядному промежутку вплоть до второго электрода - анода. Затем в разряде электроотрицательного газа - кислорода, загрязнения осаждаются на электроде с положительным потенциалом, в качестве которого выступает анод лазера (режимы 2 и 3 в примере прототипа [3] на этапе ионно-плазменной очистки полостей и каналов лазера).The disadvantage of this method is the inability to carry out unidirectional removal of solid microparticles outside the housing. First, the cathode is processed at a negative potential in a neon discharge, while contaminants due to cathodic sputtering from its surface propagate through the gas-discharge gap up to the second electrode — the anode. Then, in the discharge of an electronegative gas - oxygen, contaminants are deposited on the electrode with a positive potential, which is the laser anode (modes 2 and 3 in the prototype example [3] at the stage of ion-plasma cleaning of laser cavities and channels).
Из очищаемого объема при откачке лазера при смене газа частично выносится только часть газообразных продуктов распада химических соединений, паров воды и остатков промывочных растворов после предыдущих технологических операций, не адсорбированных на стенках лазера.Only part of the gaseous decomposition products of chemical compounds, water vapor, and residues of washing solutions after previous technological operations that are not adsorbed on the laser walls are partially removed from the cleaned volume during laser pumping during gas change.
Таким образом, твердые загрязнения внутренних поверхностей газового лазера не выносятся за пределы его корпуса, а перераспределяются между элементами конструкции резонатора. Это приводит к снижению срока службы газового лазера и сохраняемости его рабочих параметров.Thus, solid contamination of the internal surfaces of a gas laser is not carried outside its body, but is redistributed between the structural elements of the resonator. This leads to a decrease in the service life of the gas laser and the persistence of its operating parameters.
Кроме того, в прототипе [3] на этапах ионно-плазменной очистки тлеющим разрядом полостей и каналов лазера между катодом и анодами при используемых параметрах процесса (время обработки до 30 мин при токе до 20 мА и давлении неона 2 мм рт.ст.) при подаче на собственные аноды лазера постоянного напряжения отрицательной полярности наблюдается распыление материала анодов (явление катодного распыления в тлеющем разряде) [4]. Непосредственно очистки внутренней поверхности лазера от загрязнений в этом случае не происходит.In addition, in the prototype [3] at the stages of ion-plasma cleaning by glow discharge of cavities and laser channels between the cathode and anodes with the used process parameters (processing time up to 30 min at a current of up to 20 mA and a neon pressure of 2 mm Hg) at applying a constant voltage of negative polarity to the laser’s own anodes, atomization of the anode material is observed (cathodic sputtering in a glow discharge) [4]. In this case, there is no direct cleaning of the internal surface of the laser from contamination.
При этом после окончания распыления анодов (после выполнения режимов 4 и 5 на этапе ионно-плазменной очистки в примере исполнения) часть распыленного вещества не успевает достичь поверхностей специальных выступов в катодной полости и неизбежно остается в газоразрядных каналах. Это приводит к дрейфу частиц материала анодов в капилляры резонатора во время эксплуатации лазера, когда на аноды подано напряжение положительной полярности и, в конечном итоге, к попаданию частиц на оптические элементы лазера, в частности на зеркала. Кроме того, наличие проводящих металлических частиц в виде пленок, осаждаемых при таких режимах на стенках капилляров, приводит к появлению токов утечки во время зажигания разряда в лазере. На практике это проявляется в повышении величины напряжения зажигания тлеющего разряда вплоть до невозможности включения разряда и получения генерации.Moreover, after atomization of the anodes is completed (after performing modes 4 and 5 at the stage of ion-plasma cleaning in the embodiment), part of the atomized substance does not have time to reach the surfaces of the special protrusions in the cathode cavity and inevitably remains in the gas discharge channels. This leads to a drift of particles of the material of the anodes into the capillaries of the resonator during the operation of the laser, when a voltage of positive polarity is applied to the anodes and, ultimately, to the particles entering the optical elements of the laser, in particular, mirrors. In addition, the presence of conductive metal particles in the form of films deposited under such conditions on the walls of the capillaries leads to leakage currents during ignition of the discharge in the laser. In practice, this is manifested in an increase in the ignition voltage of a glow discharge up to the impossibility of turning on the discharge and generating generation.
Таким образом, известный способ ионно-плазменной очистки не дает возможности эффективно очищать все внутренние поверхности корпуса резонатора лазера, включая очистку рабочих поверхностей собственных электродов, особенно в случае сложной внутренней конфигурации газоразрядных каналов, что приводит к снижению срока службы и сохраняемости рабочих параметров газового лазера.Thus, the known method of ion-plasma cleaning does not make it possible to efficiently clean all the internal surfaces of the laser resonator body, including cleaning the working surfaces of its own electrodes, especially in the case of a complex internal configuration of gas discharge channels, which leads to a decrease in the service life and retention of operating parameters of the gas laser.
Задачей данного изобретения является увеличение срока службы в 8-10 раз и сохраняемости газового лазера не менее чем в 2 раза за счет обеспечения ионно-плазменной очистки внутренней поверхности резонатора газового лазера, включая очистку рабочих поверхностей собственных электродов с сохранением их рабочих свойств, с однонаправленным выносом продуктов очистки в заранее заданном направлении за пределы корпуса резонатора, с последующим их полным удалением из очищаемого объема.The objective of the invention is to increase the life of 8-10 times and the shelf life of a gas laser by at least 2 times by providing ion-plasma cleaning of the inner surface of the resonator of a gas laser, including cleaning the working surfaces of their own electrodes while maintaining their working properties, with unidirectional removal cleaning products in a predetermined direction outside the cavity of the resonator, followed by their complete removal from the cleaned volume.
Указанная задача решается тем, что в известном способе ионно-плазменной очистки внутренней поверхности резонатора газового лазера, включающем установку корпуса резонатора газового лазера на откачной пост, высоковакуумную откачку и наполнение газом, создание тлеющего разряда между электродами, тренировку и стабилизацию собственных электродов, на корпус резонатора устанавливают съемные вспомогательные электроды, вакуумно-плотно ограничивающие его внутренний объем, после высоковакуумной откачки и наполнения резонатора инертным газом проводят ионную очистку внутренних каналов корпуса резонатора в тлеющем разряде постоянного тока путем зажигания и поддержания тлеющего разряда между парами вспомогательных электродов, ограничивающих контур резонатора, с сохранением знака полярности напряжения на каждом из вспомогательных электродов при обработке любых газоразрядных промежутков, проводят последовательно ионную очистку собственного катода, затем анодов газового лазера при подаче на них отрицательной полярности напряжения постоянного тока в парах с соответствующими вспомогательными электродами положительной полярности, меняют знаки полярности напряжения постоянного тока на электродах на противоположные и проводят ионную очистку приэлектродных поверхностей корпуса резонатора газового лазера с использованием соответствующих вспомогательных электродов с отрицательной полярностью, после высоковакуумной откачки и наполнения резонатора кислородом проводят ионно-плазменную очистку внутренних каналов корпуса резонатора в тлеющем разряде кислорода путем зажигания и поддержания тлеющего разряда между парами вспомогательных электродов с измененными на противоположные полярностями напряжения по сравнению с этапом ионной очистки внутренних каналов с сохранением знака полярности напряжения на каждом из вспомогательных электродов при обработке любых газоразрядных промежутков на этом этапе, затем проводят ионно-плазменную очистку собственного катода и подводящих к нему полостей корпуса резонатора газового лазера путем зажигания и поддержания тлеющего разряда между катодом с отрицательной полярностью напряжения постоянного тока и вспомогательным электродом с положительной полярностью, после тренировки и стабилизации собственных электродов газового лазера вспомогательные электроды снимают с корпуса резонатора, причем величину тока газовых разрядов устанавливают не ниже величины рабочего тока газового лазера, при этом величины давления наполнения инертным газом на этапах ионной очистки выбирают не выше половины величины давления рабочего наполнения газового лазера, кислородом на этапах ионно-плазменной очистки - не ниже половины величины давления рабочего наполнения.This problem is solved by the fact that in the known method of ion-plasma cleaning of the inner surface of the gas laser resonator, including installing the gas laser resonator body on the pumping station, high-vacuum pumping and filling with gas, creating a glow discharge between the electrodes, training and stabilization of their own electrodes, on the resonator body install removable auxiliary electrodes, vacuum-tightly restricting its internal volume, after high-vacuum pumping and filling the resonator with inert gas m conduct ion cleaning of the internal channels of the resonator housing in a DC glow discharge by igniting and maintaining a glow discharge between pairs of auxiliary electrodes that limit the resonator circuit, preserving the polarity sign on each of the auxiliary electrodes when processing any gas discharge gaps, conduct ion cleaning of the own cathode sequentially , then the anodes of the gas laser when applying a negative polarity of the DC voltage in pairs with the corresponding they use auxiliary electrodes of positive polarity, reverse the signs of polarity of the DC voltage on the electrodes, and conduct ion cleaning of the electrode surfaces of the cavity of the gas laser using the appropriate auxiliary electrodes with negative polarity; after high-vacuum pumping and filling the resonator with oxygen, ion-plasma cleaning of the internal channels of the housing resonator in a glow discharge of oxygen by igniting and maintaining a glow glow series between pairs of auxiliary electrodes with opposite polarities of the voltage compared to the stage of ion cleaning of the internal channels while maintaining the sign of the voltage polarity on each of the auxiliary electrodes when processing any gas-discharge gaps at this stage, then ion-plasma cleaning of the cathode and its leads cavity cavity of the gas laser cavity by ignition and maintaining a glow discharge between the cathode with a negative voltage polarity constant of the current and the auxiliary electrode with positive polarity, after training and stabilization of the own gas laser electrodes, the auxiliary electrodes are removed from the resonator body, and the gas discharge current is set not lower than the working current of the gas laser, while the inert gas filling pressure is selected at the stages of ion cleaning not higher than half the pressure of the working filling of the gas laser, with oxygen at the stages of ion-plasma cleaning - not lower than half the pressure Static preparation filling.
На чертеже представлена схема газоразрядных промежутков корпуса резонатора газового лазера со вспомогательными электродами, поясняющая реализацию предлагаемого способа.The drawing shows a diagram of the gas-discharge gaps of the cavity of the gas laser with auxiliary electrodes, explaining the implementation of the proposed method.
В корпус резонатора кольцевого моноблочного газового лазера устанавливают собственные электроды - холодный катод К (поз.1 на чертеже), два анода - А1 (поз.2) и А2 (поз.3) и два поджигающих электрода - П1 (поз.4) и П2 (поз.5). На концах газоразрядных каналов, ограничивающих контур резонатора, в данном случае на посадочных местах для установки зеркал, вакуумно-плотно устанавливают, например, на оптическом контакте, вспомогательные холодные электроды - ВЭ1 (поз.6), ВЭ2 (поз.7), ВЭ3 (поз.8), ВЭ4 (поз.9), служащие коллекторами загрязнений на всех этапах ионно-плазменной очистки, что является ключевым отличием от аналогов и прототипа и принципиально для получения положительного результата при проведения предложенного процесса очистки резонатора. Собранный корпус монтируют на откачной вакуумный пост, проверяют на вакуумную плотность, откачивают до высокого вакуума и наполняют на первом этапе обработки инертным газом с массовым числом не менее 20 до давления не выше половины величины давления рабочего наполнения газового лазера.Own electrodes are installed in the resonator body of the ring monoblock gas laser - a cold cathode K (item 1 in the drawing), two anodes - A1 (item 2) and A2 (item 3) and two ignition electrodes - P1 (item 4) and P2 (item 5). At the ends of the gas discharge channels that limit the resonator circuit, in this case, on the seats for installing the mirrors, vacuum-tightly install, for example, on the optical contact, auxiliary cold electrodes - VE1 (pos.6), VE2 (pos.7), VE3 ( pos. 8), VE4 (pos. 9), which serve as pollution collectors at all stages of ion-plasma cleaning, which is a key difference from analogues and prototype and, in principle, to obtain a positive result when carrying out the proposed resonator cleaning process. The assembled body is mounted on a pumping-out vacuum post, checked for vacuum density, pumped to high vacuum and filled at the first stage with inert gas treatment with a mass number of at least 20 to a pressure not higher than half the pressure of the working filling of the gas laser.
Проводят ионную очистку внутренних каналов корпуса резонатора в инертном газе (табл.1) посредством зажигания и поддержания газового разряда между парами вспомогательных электродов при определенных выбранных полярностях напряжения постоянного тока с сохранением выбранного знака полярности напряжения на каждом из электродов при обработке любых газоразрядных промежутков резонатора. Условие сохранения полярности напряжения постоянного тока на конкретном вспомогательном электроде является определяющим для обеспечения однонаправленности выноса продуктов очистки из очищаемого объема.The internal channels of the resonator body are ionically cleaned in an inert gas (Table 1) by ignition and maintenance of a gas discharge between pairs of auxiliary electrodes at certain selected DC voltage polarities while maintaining the selected sign of voltage polarity on each of the electrodes when processing any gas-discharge gaps of the resonator. The condition for maintaining the polarity of the DC voltage at a particular auxiliary electrode is crucial to ensure unidirectional removal of the cleaning products from the cleaned volume.
Выбор инертного газа в качестве очищающего газа на первом этапе, например неона, связан с тем, что химические методы очистки не всегда позволяют получать поверхность, свободную от органических растворителей, химических реагентов, пленок сложного состава, не взаимодействующих с растворителями. Учитывая, что состав загрязнений обычно неизвестен, то бомбардировка поверхности катода в тлеющем разряде ионами неона является наиболее эффективным методом удаления тонких поверхностных слоев посторонних образований с его поверхности.The choice of an inert gas as a cleaning gas at the first stage, for example, neon, is due to the fact that chemical cleaning methods do not always allow obtaining a surface free of organic solvents, chemicals, films of complex composition that do not interact with solvents. Considering that the composition of the contaminants is usually unknown, the bombardment of the cathode surface in a glow discharge by neon ions is the most effective method of removing thin surface layers of foreign formations from its surface.
Использование тяжелых ионов инертных газов, в общем случае, более эффективно очищает поверхности при ионной бомбардировке [4]. Неэффективность применения инертного газа с массовым числом менее 20, например, гелия-4, связано с его малым атомным весом, и с тем, что он легко диффундирует в стенки объема прибора, что негативно сказывается на составе рабочей смеси готового лазера. Напротив, для лазеров на гелий-неоновой смеси целесообразно использование неона, ионы которого не только проводят очистку поверхностей, но частично внедряются в образовавшиеся приповерхностные вакансии на внутрирезонаторных поверхностях и элементах конструкции и препятствуют адсорбции на внутренней поверхности резонатора водяных пленок из атмосферы при дальнейших технологических операциях сборки резонатора с зеркалами (или иными оптическими элементами) на места, занимаемые съемными вспомогательными электродами 6…9.The use of heavy ions of inert gases, in the general case, cleans surfaces more efficiently during ion bombardment [4]. The inefficiency of using an inert gas with a mass number of less than 20, for example, helium-4, is associated with its low atomic weight and the fact that it diffuses easily into the walls of the volume of the device, which negatively affects the composition of the working mixture of the finished laser. On the contrary, it is advisable to use neon for helium-neon mixture lasers, whose ions not only clean the surfaces, but partially penetrate the formed near-surface vacancies on intracavity surfaces and structural elements and prevent the adsorption of water films from the atmosphere on the inner surface of the resonator during further assembly operations resonator with mirrors (or other optical elements) to the places occupied by removable auxiliary electrodes 6 ... 9.
Величину тока разряда на этом этапе выбирают не ниже значения рабочего тока газового лазера, с тем чтобы интенсифицировать процессы ионной очистки каналов резонатора. Время обработки определяют по достижению стабилизации величины напряжения горения разряда для конкретного газоразрядного канала, но не менее 10-ти минут. Меньшее время не приводит к эффективной очистке каналов.The value of the discharge current at this stage is chosen not lower than the value of the operating current of the gas laser in order to intensify the processes of ion cleaning of the cavity channels. The processing time is determined by achieving stabilization of the magnitude of the discharge burning voltage for a particular gas discharge channel, but not less than 10 minutes. Less time does not lead to effective cleaning of the channels.
Давление неона выбирают не ниже давления, при котором (менее 0,01 мм рт.ст.) начинается катодное распыление материала электродов, в данном случае съемных вспомогательных электродов 8 и 9.The neon pressure is chosen not lower than the pressure at which (less than 0.01 mm Hg) the cathodic atomization of the electrode material begins, in this case removable auxiliary electrodes 8 and 9.
Далее проводят ионную очистку в разряде неона собственного катода 1, затем собственных анодов 2 и 3 газового лазера при подаче на них отрицательной полярности напряжения постоянного тока в парах с соответствующими вспомогательными электродами положительной полярности (табл.2). Бомбардировка электронами тлеющего разряда относительно больших по площади поверхностей вспомогательных электродов 8 и 9 не приводит к распылению сорбированных на них на предыдущем этапе продуктов очистки вследствие малой кинетической энергии бомбардирующих частиц.Next, ion cleaning is carried out in the neon discharge of the proper cathode 1, then the proper anodes 2 and 3 of the gas laser when a negative polarity of the DC voltage is applied to them in pairs with the corresponding auxiliary electrodes of positive polarity (Table 2). The bombardment by electrons of a glow discharge of relatively large surface areas of the auxiliary electrodes 8 and 9 does not lead to the atomization of the cleaning products sorbed on them at the previous stage due to the low kinetic energy of the bombarding particles.
Давление наполняющего газа выбирается повышенным относительно предыдущего этапа, но не выше половины величины давления рабочего наполнения лазера, равного 5,0 мм рт.ст., и не ниже 0,01 мм рт.ст. Верхняя граница давления определяется возможностью провести ионную очистку поверхностей от загрязнений и при этом гарантированно избежать ионного распыления материала рабочих поверхностей электродов, которые находятся под отрицательной полярностью напряжения (катод 1, собственные аноды 2, 3 и поджигающие электроды 4, 5). Нижняя величина давления определяется пределом, ниже которого начинается травление материала электродов, что в данном случае недопустимо из-за возможного загрязнения внутренних поверхностей резонатора продуктами распыления электродов. Короткое время (2 мин) обработки электродов с небольшой рабочей поверхностью (аноды 2, 3 и поджигающие электроды 4, 5), при малых токах позволяет избежать распыления материала этих элементов, но очищает их поверхности от загрязнений.The pressure of the filling gas is selected increased relative to the previous stage, but not higher than half the pressure of the working filling of the laser, equal to 5.0 mm RT.article, and not lower than 0.01 mm RT.article The upper pressure limit is determined by the ability to conduct ionic cleaning of surfaces from contaminants and at the same time it is guaranteed to avoid ion sputtering of the material of the working surfaces of the electrodes, which are under negative voltage polarity (cathode 1, intrinsic anodes 2, 3 and ignition electrodes 4, 5). The lower pressure value is determined by the limit below which the etching of the electrode material begins, which in this case is unacceptable due to the possible contamination of the inner surfaces of the resonator by atomization products of the electrodes. The short time (2 min) of processing the electrodes with a small working surface (anodes 2, 3 and ignition electrodes 4, 5), at low currents, avoids the atomization of the material of these elements, but cleans their surfaces from contamination.
Затем меняют знаки полярности напряжения постоянного тока на электродах на противоположные и проводят ионную очистку приэлектродных поверхностей резонатора газового лазера с использованием соответствующих вспомогательных электродов с отрицательной полярностью (табл.3) от остатков распыления загрязнений с катода и анодов на предыдущем этапе. Разные значения времени обработки для разных пар электродов зависят от площадей поверхностей собственных электродов резонатора.Then, the signs of polarity of the DC voltage on the electrodes are reversed and ion cleaning of the electrode surfaces of the resonator of the gas laser is carried out using the corresponding auxiliary electrodes with negative polarity (Table 3) from the residual sputtering impurities from the cathode and anodes in the previous step. Different values of the processing time for different pairs of electrodes depend on the surface area of the resonator's own electrodes.
Проводят высоковакуумную откачку и наполнение резонатора кислородом до давления не выше половины величины давления рабочего наполнения газового лазера.High-vacuum pumping is carried out and the resonator is filled with oxygen to a pressure not higher than half the pressure of the working filling of the gas laser.
Для удаления органических загрязнений очистку поверхностей целесообразно проводить ионами кислорода, образующими с органическими соединениями летучие продукты взаимодействия. Кислород плазмы вступает в реакцию с молекулами на поверхности, расщепляя их и превращая в летучих соединений. Особенно эффективен при очистке от жира и масел, поэтому ионно-плазменную очистку внутренних каналов корпуса резонатора (табл.4) осуществляют в тлеющем разряде кислорода путем зажигания и поддержания тлеющего разряда между парами вспомогательных электродов с измененными на противоположные полярностями напряжения по сравнению с этапом ионной очистки внутренних каналов с сохранением знака полярности напряжения на каждом из вспомогательных электродов при обработке любых газоразрядных промежутков. Перемена знака полярности на электродах по сравнению с очисткой в инертном газе является принципиально важной и позволяет осуществлять однонаправленность выноса продуктов очистки на вспомогательные электроды положительной полярности 8 и 9.To remove organic contaminants, it is advisable to clean the surfaces with oxygen ions, which form volatile interaction products with organic compounds. Plasma oxygen reacts with molecules on the surface, splitting them and turning them into volatile compounds. It is especially effective when cleaning from grease and oils, therefore, the ion-plasma cleaning of the internal channels of the resonator body (Table 4) is carried out in a glow discharge of oxygen by ignition and maintenance of a glow discharge between pairs of auxiliary electrodes with opposite voltage polarities compared to the ion cleaning step internal channels while maintaining the sign of the polarity of the voltage at each of the auxiliary electrodes when processing any gas-discharge gaps. A change in the sign of polarity on the electrodes compared to purification in an inert gas is fundamentally important and allows unidirectional removal of the cleaning products to auxiliary electrodes of positive polarity 8 and 9.
Далее проводят ионно-плазменную очистку собственного катода и подводящих к нему полостей резонатора газового лазера (табл.5) путем зажигания и поддержания тлеющего разряда между катодом с отрицательной полярностью напряжения постоянного тока и вспомогательным электродом с положительной полярностью. На этом этапе давление кислорода выбирают повышенным, а ток разряда - меньше, чем на предыдущем этапе в разряде кислорода, чтобы свести к минимуму возможность распыления собственного катода резонатора ионами активного электроотрицательного газа. Очистка рабочей поверхности собственного катода резонатора важна для газовых лазеров с малым внутренним объемом.Next, an ion-plasma cleaning of the intrinsic cathode and the cavities of the gas laser cavity leading to it is carried out (Table 5) by ignition and maintenance of a glow discharge between the cathode with negative polarity of the DC voltage and the auxiliary electrode with positive polarity. At this stage, the oxygen pressure is selected increased, and the discharge current is less than at the previous stage in the oxygen discharge, in order to minimize the possibility of sputtering the own cathode of the resonator with active electronegative gas ions. Cleaning the working surface of the cavity’s own cathode is important for gas lasers with a small internal volume.
Затем проводят высоковакуумную откачку резонатора, при этом откачиваются кислород и газообразные продукты разложения продуктов очистки.Then a high-vacuum pumping of the resonator is carried out, while oxygen and gaseous decomposition products of the cleaning products are pumped out.
Заканчивают процесс тренировкой (табл.6) и стабилизацией параметров (табл.7) собственных электродов газового лазера. На этих этапах происходит окончательное сглаживание рельефа поверхности собственного катода лазера с насыщением приповерхностного слоя неоном (тренировка), а также формирование стабильных электрических параметров катода (стабилизация).The process is completed by training (Table 6) and stabilization of the parameters (Table 7) of the natural gas laser electrodes. At these stages, the surface relief of the laser’s own cathode is finally smoothed out with saturation of the surface layer with neon (training), as well as the formation of stable electrical parameters of the cathode (stabilization).
Вспомогательные электроды снимают с резонатора для установки в дальнейшем на эти места оптических элементов лазера. При этом вспомогательные электроды 8 и 9 содержат на своей рабочей поверхности продукты очистки резонатора; в то же время электроды 6 и 7 останутся практически без загрязнений своих внутренних рабочих поверхностей. В предложенном способе наблюдается однонаправленный вынос загрязнений в тлеющем разряде кислорода на вспомогательные электроды положительной полярности.Auxiliary electrodes are removed from the resonator for installation in the future on these places of the optical elements of the laser. In this case, the auxiliary electrodes 8 and 9 contain on their working surface the cleaning products of the resonator; at the same time, electrodes 6 and 7 will remain practically without pollution of their internal working surfaces. In the proposed method, unidirectional removal of contaminants in a glow discharge of oxygen to auxiliary electrodes of positive polarity is observed.
Величину тока газовых разрядов устанавливают не ниже величины рабочего тока газового лазера на всех этапах обработки, чем обеспечивается повышение интенсивности процессов обработки.The value of the current of gas discharges is set no lower than the value of the operating current of the gas laser at all stages of processing, which ensures an increase in the intensity of the processing processes.
Величины давления наполнения очищаемого резонатора инертным газом на этапах ионной очистки выбирают не выше половины величины давления рабочего наполнения газового лазера, кислородом на этапах ионно-плазменной очистки - не ниже половины величины давления рабочего наполнения.The filling pressure of the resonator to be cleaned with inert gas at the stages of ion cleaning is chosen no higher than half the pressure of the working filling of the gas laser, with oxygen at the stages of ion-plasma cleaning at least half the pressure of the working filling.
Техническим результатом предлагаемого способа ионно-плазменной очистки внутренней поверхности резонатора газового лазера является обеспечение ионно-плазменной очистки внутренней поверхности корпуса резонатора газового лазера, включая очистку рабочих поверхностей собственных электродов с сохранением их рабочих свойств с однонаправленным выносом продуктов очистки в заранее заданном направлении за пределы корпуса резонатора с последующим их полным удалением из очищаемого объема.The technical result of the proposed method of ion-plasma cleaning of the inner surface of the gas laser resonator is to provide ion-plasma cleaning of the inner surface of the gas laser cavity, including cleaning the working surfaces of the own electrodes while maintaining their working properties with unidirectional removal of the cleaning products in a predetermined direction outside the resonator body with their subsequent complete removal from the cleaned volume.
Использование предлагаемого способа ионно-плазменной очистки позволяет увеличить срок службы газового лазера в 8-10 раз и время его сохраняемости не менее чем в 2 раза.Using the proposed method of ion-plasma cleaning can increase the life of a gas laser by 8-10 times and its storage time by at least 2 times.
Источники информацииInformation sources
1. Авт. св-во СССР №290343 «Способ обработки электровакуумных и газоразрядных приборов».1. Auth. USSR Academy of Sciences No. 2904343 "Method for processing electric vacuum and gas-discharge devices."
2. Авт. св-во СССР №452879 «Способ очистки внутренних поверхностей электровакуумных приборов».2. Auth. USSR Academy of Sciences No. 452879 "Method for cleaning the internal surfaces of electric vacuum devices."
3. Патент РФ №2175804 «Газовый лазер на тлеющем разряде» - прототип.3. RF patent No. 2175804 "Gas laser glow discharge" - a prototype.
4. Плешивцев Н.В. Катодное распыление. - М.: Атомиздат, 1968.4. Pleshivtsev N.V. Cathodic sputtering. - M.: Atomizdat, 1968.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014125009/07A RU2562615C1 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Ion-plasma cleaning of gas laser resonator inner surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014125009/07A RU2562615C1 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Ion-plasma cleaning of gas laser resonator inner surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2562615C1 true RU2562615C1 (en) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014125009/07A RU2562615C1 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Ion-plasma cleaning of gas laser resonator inner surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2562615C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554843A (en) * | 1983-02-23 | 1985-11-26 | Affarsverket Ffv | Adjustable steering column support |
| RU2054770C1 (en) * | 1993-04-07 | 1996-02-20 | Товарищество ограниченной ответственности Научно-производственная фирма "Элементы и компактные лазерные устройства" | Longitudinal-discharge gas laser |
| RU2175804C1 (en) * | 2000-05-18 | 2001-11-10 | Закрытое акционерное общество "Лазекс" | Glow-discharge gas laser |
| WO2010137389A1 (en) * | 2009-05-28 | 2010-12-02 | Ricoh Company, Ltd. | Method of manufacturing surface emitting laser, and surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus |
-
2014
- 2014-06-20 RU RU2014125009/07A patent/RU2562615C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554843A (en) * | 1983-02-23 | 1985-11-26 | Affarsverket Ffv | Adjustable steering column support |
| RU2054770C1 (en) * | 1993-04-07 | 1996-02-20 | Товарищество ограниченной ответственности Научно-производственная фирма "Элементы и компактные лазерные устройства" | Longitudinal-discharge gas laser |
| RU2175804C1 (en) * | 2000-05-18 | 2001-11-10 | Закрытое акционерное общество "Лазекс" | Glow-discharge gas laser |
| WO2010137389A1 (en) * | 2009-05-28 | 2010-12-02 | Ricoh Company, Ltd. | Method of manufacturing surface emitting laser, and surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6610257B2 (en) | Low RF power electrode for plasma generation of oxygen radicals from air | |
| KR101243748B1 (en) | Method for cleaning ion source electrode | |
| JP2018517263A5 (en) | Ion implantation system and plasma cleaning method in situ | |
| JP6461999B2 (en) | Apparatus for forming a quasi-neutral beam of charged particles of different signs. | |
| TWI659456B (en) | Method of improving ion beam quality in a non-mass-analyzed ion implantation system | |
| Saifutdinov et al. | Dynamics contraction of DC glow discharge in argon | |
| RU2562615C1 (en) | Ion-plasma cleaning of gas laser resonator inner surface | |
| JP2007092108A5 (en) | ||
| KR101980840B1 (en) | Low-pressure plasma reactor for the increase in abatement efficiency of pollutions | |
| JP5684860B2 (en) | Composition for extending ion source lifetime and improving ion source performance during carbon implantation | |
| EP3168857B1 (en) | Covering material stripping method using ion irradiation | |
| JP3254282B2 (en) | Pulsed ion beam generation method | |
| RU2713915C1 (en) | Method of producing oxide film of cold cathode of gas laser in glow discharge of direct current | |
| Hasaani | Magnetic Field Effect on the Characteristics of Large-Volume Glow Discharge in Argon at Low Pressure | |
| RU2778246C1 (en) | Device for processing products with fast atoms | |
| JP2005353636A (en) | Plasma processing apparatus | |
| RU2433081C1 (en) | Method of ion-beam treatment | |
| Menge et al. | Quantitative cleaning characterization of a lithium-fluoride ion diode | |
| RU2599389C1 (en) | Method of producing electrodes of electronic devices | |
| RU2454485C1 (en) | Method of pulse-periodic ion treatment of metal ware, and device for its implementation | |
| RU2752877C1 (en) | Device for processing dielectric products with fast atoms | |
| RU111733U1 (en) | DEVICE FOR CREATING A LOW-TEMPERATURE GAS DISCHARGE PLASMA | |
| WO2016083717A1 (en) | Method for analysing a solid sample by flight time mass spectrometry | |
| JP6801483B2 (en) | Plasma generator and plasma generation method | |
| Stognii et al. | A low-pressure gas-discharge ion source with a hollow cathode and an output-aperture diameter of 420 mm |