大口径透镜模块的颗粒污染物吹扫机理及验证

李玉海; 白清顺; 卢礼华; 张飞虎; 袁晓东

doi:10.37188/OPE.20212904.0733

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大口径透镜模块的颗粒污染物吹扫机理及验证

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2026-09-11

- 大口径透镜模块的颗粒污染物吹扫机理及验证
- Flushing mechanism and verification of particulate contaminant from large-aperture lens module
- 光学精密工程 2021年29卷第4期页码：733-739
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150000
  2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳 621900
- 作者简介：
  
  李玉海（1994-），男，安徽人，博士，2019年于哈尔滨工业大学获得硕士学位，现为哈尔滨工业大学博士，主要从事超洁净制造技术及等离子清洗光栅方面的研究。E-mail：15546027805@163.com
  白清顺（1974—），男，黑龙江人，教授，博士生导师，2000年、2004年于哈尔滨工业大学分别获得硕士、博士学位，主要从事超洁净制造理论与技术，超精密加工与微纳制造的研究。E-mail： Qshbai@hit.edu.cn
  卢礼华（1977—），男，河南人，教授，博士生导师，2003年、2007年于哈尔滨工业大学分别获得硕士、博士学位，主要研究方向为超精密加工装备设计理论与方法。 E-mail：lihual@hit.edu.cn
  袁晓东（1966—），男，四川人，研究员，2009年于清华大学获得博士学位，主要研究方向为激光工程和超洁净制造。 E-mail： xdyuan@caep.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金重点项目(51535003)
- DOI：10.37188/OPE.20212904.0733
  中图分类号： TH47;X169
- 收稿：2020-11-28，
  
  修回：2020-12-09，
  
  纸质出版：2021-04-15
- 稿件说明：
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李玉海,白清顺,卢礼华等.大口径透镜模块的颗粒污染物吹扫机理及验证[J].光学精密工程,2021,29(04):733-739.

LI Yu-hai,BAI Qing-shun,LU Li-hua,et al.Flushing mechanism and verification of particulate contaminant from large-aperture lens module[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(04):733-739.
李玉海,白清顺,卢礼华等.大口径透镜模块的颗粒污染物吹扫机理及验证[J].光学精密工程,2021,29(04):733-739. DOI： 10.37188/OPE.20212904.0733.

LI Yu-hai,BAI Qing-shun,LU Li-hua,et al.Flushing mechanism and verification of particulate contaminant from large-aperture lens module[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(04):733-739. DOI： 10.37188/OPE.20212904.0733.

摘要

为了解决终端光学组件中的大口径透镜污染损伤问题，实现透镜表面的在线洁净，提出了一种新的污染物去除方式，利用风刀技术实现颗粒污染物的在线去除。通过有限元方法模拟了透镜表面颗粒污染物吹扫过程，研究了在层流风和风刀的共同作用下透镜模块中的流场分布状态和颗粒运动轨迹。研究结果表明：当层流风速为0.3 m/s时，透镜模块内部能够形成稳定流场；当风刀距离透镜上表面78.73 mm时，能够有效降低风刀气流在透镜表面的应力集中；当风刀风速为30 m/s时，风刀气流能够有效隔离出射速度小于50 m/s和颗粒直径小于75 μm的二氧化硅颗粒。通过实验验证了风刀在透镜表面的安装位置和气流在透镜表面的速度分布特征，机械构件比光学元件溅射的颗粒污染物更难去除。最终获得风刀在透镜表面颗粒污染物吹扫和隔离的有效技术参数，为大口径透镜模块的在线颗粒污染物去除提供新方法。

Abstract

In order to solve the problem of contamination damage of large-aperture lens in final optical assembles and realize the online cleaning of lens surface， a new method of contaminant removal was proposed， which used the air knife technology to realize the online removal of particle contaminants. The flushing process of particles on the lens surface was simulated by finite element method. The flow field distribution and particle trajectory in the lens module were studied under laminar air and air knife. The results show that when the laminar wind velocity is 0.3 m/s， a stable flow field can be formed inside the lens module. When the distance between the air knife and the upper surface of the lens is 78.73 mm， the stress concentration of the air knife on the lens surface can be effectively reduced. At the same time， when the air knife has a wind speed of 30 m/s， the air knife can effectively isolate silica particles with an exit velocity less than 50 m/s and a particle diameter less than 75 μm. The installation position of the air knife on the lens surface and the distribution characteristics of the air flow velocity on the lens surface are verified by experiments. The sputtering particle contaminants of mechanical components are more difficult to remove than those of optical elements. Finally， the effective technical parameters of the air knife on the surface of the lens are obtained， which provides a new method for the on-line removal of particle contaminants of the large-aperture lens module.

关键词

Keywords

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