本發(fā)明涉及一種適用高功率激光使用的相變冷卻反射鏡實現(xiàn)方法，具體地說是采用一種儲能式冷卻結構，將高功率激光作用下反射鏡表面所沉積的熱量，迅速傳導到鏡體中去，降低鏡面的溫度梯度，減小鏡體的溫升，為一種實現(xiàn)反射鏡溫度穩(wěn)定的方法，進而保障鏡面面形的穩(wěn)定性。

背景技術：

激光反射鏡是激光器的重要部件，其表面的面形精度直接影響激光的光束質(zhì)量和激光功率。由于激光功率的不斷提高，在高功率激光作用下激光腔鏡由于弱吸收、表面污染等影響，使得鏡面溫度升高，進而導致反射鏡面形的變化。為了減小熱對激光腔鏡溫度穩(wěn)定性的影響，人們常采用水冷激光反射鏡的方法來解決，并得到較為理性的使用效果。但這種方法需要相應的水冷設備及其相應的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，增加了激光器整體的復雜性。為減小激光的體積和附屬設備，本發(fā)明提供了實用的、簡單的短時間高功率激光使用反射鏡的方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有潛熱冷卻的激光腔諧振腔反射鏡結構及其方法，改善其結構穩(wěn)定性，提高激光器的光束質(zhì)量，延長其使用壽命。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

采用具有較高導熱系數(shù)、較低熱膨脹系數(shù)、較高楊氏模量的材料，制作成塊體支撐框架，于塊狀體支撐架從上向下開設有2個以上的通孔，于塊狀體支撐架上方固定有反射鏡，主要作用是支撐反射鏡表面，構成穩(wěn)定的機械結構，減小鏡面的變形作用。反射鏡下表面覆蓋于通孔的上開口端，反射鏡下表面與塊狀體支撐架上方表面密閉連接，于塊狀體支撐架下方設有密封板，密封板覆蓋于通孔的下開口端，密封板與塊狀體支撐架下方表面密閉連接，使塊狀體形成多孔支撐框架；在多孔支撐框架的通孔中設有熱管，熱管的蒸發(fā)端焊接在反射鏡的下表面上，熱管與多孔支撐框架的通孔之間的間隙由潛熱冷卻劑填充。

反射鏡遠離塊狀體上表面為超光滑反射鏡表面，經(jīng)光學拋光制備而成，其下表面焊接在多孔支撐框架上；多孔支撐框架上的通孔為2個以上，使塊狀體支撐架形成一蜂窩式骨架結構，通孔總的橫截面積占其所在支撐框架總橫截面的1/4-2/3，熱管的總體積為支撐框架外形體積的1/4-1/2，熱管的長度小于通孔的深度。

多孔支撐框架起到支撐反射鏡表面作用，其厚度大于等于反射鏡對角線長度1/6，一般采用低膨脹系數(shù)、高熱導率的材料制備而成，多采用硅、 單晶硅、微晶玻璃、石英、因剛或碳化硅材料制成；多孔支撐框架由上到下開有通孔，為了放置具有高熱傳導特性的熱管，以提高鏡體溫度均勻性。

反射鏡采用具有較高的熱穩(wěn)定性，為藍寶石、白寶石、SiC晶體、單晶鍺、單晶硅、CaF、石英、微晶玻璃或因剛材料制成；熱管具有很高的熱傳導作用，蒸發(fā)端焊接在反射鏡表面的下面，采用銅、不銹鋼、鋁合金或銀高傳導率的金屬制備而成，熱管管內(nèi)采用乙二醇、酒精、烷烴材料、水或二種以上材料的混合液體作為相變冷卻劑填充于其內(nèi)。熱管與其所在通孔之間的間隙由潛熱冷卻劑填充；潛熱冷卻劑為固液相變冷卻劑，依靠其相變潛熱來吸收激光作用所產(chǎn)生的熱量，使得反射鏡整體溫度能夠相對保持恒定；潛熱冷卻劑采用石蠟或烷烴材料混而成。多孔支撐框架內(nèi)通孔互不連通，密封板焊接在多孔支撐框架的下端面上，將潛熱冷卻劑分別密封在各自的單元通孔內(nèi)，使得各個孔間的潛熱冷卻劑不具有互通性。

本發(fā)明高功率激光使用的相變冷卻反射鏡具有很高的熱穩(wěn)定性，一方面熱管具有較高的熱傳導性，降低反射鏡各結構的溫度梯度；另一方面潛熱冷卻劑能夠吸收熱量，減低反射鏡整體溫度的升高。適用于短時間高功率激光腔鏡使用。

附圖說明

圖1本發(fā)明相變冷卻反射鏡結構示意圖(正視圖)；

圖2本發(fā)明相變冷卻反射鏡結構示意圖(俯視圖)。

具體實施方式

發(fā)明中采用藍寶石、白寶石、SiC晶體、單晶鍺、單晶硅、CaF、石英、微晶玻璃、因剛等低膨脹系數(shù)材料作為反射鏡1的備選材料，其厚度在2-10mm，通過雙面拋光，使得反射鏡表面1達到光學鏡面，雙面粗糙度小于2nm。反射鏡1的激光入射面鍍有激光高反膜，而其另一面鍍有過度金屬膜，膜層厚度小于1μm，材料一般Zr、Cr、Cu、Ti、Au、Ni等材料，增強反射鏡1與焊接釬料間的結合力，同時提高其導熱性。多孔支撐框架2一般采用與反射鏡1同質(zhì)材料，但對材料的致密性要求不高，如采用因剛便于機械加工，而采用多晶SiC可以采用燒結方法制作多孔結構。熱管4采用銅、鋁合金、銀等高導熱率材料，壓制成型，其內(nèi)為真空環(huán)境，填充乙二醇、酒精、烷烴類、水或上述材料的混合液作為相變冷卻劑。其蒸發(fā)端拋磨成平面，以便于焊接到反射鏡1的背面。采用真空釬焊工藝，將多孔支撐框架2和設置在其孔內(nèi)的熱管4焊接到反射鏡1背面，其釬料采用錫基、鉍基、銦基、鉛基、鎘基、鋅基、金基、鋁基、銀基、銅基、錳基和鎳基等金屬釬料，釬料采用薄片結構，一般厚度小于150μm，焊接時真空度小于5x10^-3Pa，焊接溫度及穩(wěn)定時間根據(jù)釬料特性來選擇。焊接后采用潛熱冷卻劑5填充多孔支撐框架2孔與熱管4之間的間隙，再次采用真空釬焊工藝將密封板3焊接到多孔支撐框架2的一端，將潛熱冷卻劑5密封到各自所在孔的單元中。潛熱冷卻劑5為固液相變冷卻劑，依靠其相變潛 熱來吸收激光作用所產(chǎn)生的熱量，使得反射鏡整體溫度能夠相對保持恒定。潛熱冷卻劑5采用石蠟或烷烴材料制備而成。

例如：在氧碘化學激光中使用的諧振腔反射鏡，先加工直徑80mm，3mm厚的雙面拋光單晶硅基片，表面粗糙度小于1nm(rms)，這樣基片作為反射鏡1；在反射鏡1的一個拋光面上鍍多層介質(zhì)膜，具有對激光光束高反射功能。而另一面鍍有金屬銅膜200-500nm，銅膜起到過度連接，同時具有提高反射鏡1導熱性作用。多孔支撐框架2采用因剛材料，其直徑為80mm厚度選為100mm，通過放電工藝打出通孔，其形狀與熱管外形配合設計，上下兩個斷面磨成平面以便焊接。熱管4采用紫銅材質(zhì)，熱管內(nèi)填充乙二醇與酒精的混合液(比例為4：1)，長度為97mm，其焊接面磨成平面；真空釬焊時，真空焊接室壓力小于5x10^-3Pa，多孔支撐框架2、設置在其孔內(nèi)的熱管4與反射鏡1采用銅基(銅90％，銀10％)薄片釬料焊接，釬料厚度100μm，焊接時分別從反射鏡1的上側(cè)面和多孔支撐框架2、設置在其孔內(nèi)的熱管4的下側(cè)面加0.4MPa壓力，作用于焊接結合面上，焊接溫度720℃，焊接時間12min，焊接后溫度以0.3℃/min速度降到300℃，再以3℃/min速度降到室溫。焊接后將多孔支撐框架2的孔中填充潛熱冷卻劑5，采用石蠟作為潛熱冷卻劑5。再次采用如前所述相同的釬焊工藝，將密封板3焊接到多孔支撐框架2上，密封多孔支撐框架2的各個孔。密封板3采用紫銅材料，厚度采用10mm，提高鏡子散熱，增強鏡面補償作用。

這種具有相變冷卻結構的反射鏡，在激光器運行幾秒甚至幾十秒的過程中具有較高的熱穩(wěn)定性，在激光停止運行時可以與環(huán)境進行較好的熱交換，釋放相變儲存的熱量，以滿足下次運行對反射鏡穩(wěn)定性的需求。

這種反射鏡具有較高潛熱，能減緩反射鏡整體溫度升高，同時具有較高熱導率，能夠降低反射鏡各局域的穩(wěn)定梯度。適用于短時間高功率激光使用。