專利名稱：熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于高能激光諧振腔以及遠(yuǎn)場(chǎng)光束控制等激光系統(tǒng)的反射鏡，特別涉及對(duì)激光熱行為具有嚴(yán)格限制的激光反射鏡，具體是一種熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡。
背景技術(shù)：
在高能激光器中，激光反射鏡基體內(nèi)及其表面，因吸收激光能量引起反射鏡中心與邊緣的非均勻溫升，形成溫度梯度，鏡面產(chǎn)生熱變形(熱畸變)，嚴(yán)重影響了光束質(zhì)量。高能激光(HEL)不同于短脈沖高功率激光，它一般是連續(xù)波或準(zhǔn)連續(xù)波運(yùn)行的高平均功率激光，持續(xù)時(shí)間達(dá)數(shù)秒以上。對(duì)于數(shù)百kW、lMW的高能激光器，腔鏡及光學(xué)鏈中的部分反射鏡需要承受數(shù)十kW/cm2的功率密度或數(shù)十至100 J/cm2的能量密度。實(shí)驗(yàn)表明，這樣高的能量密度不僅容易引起腔鏡光照區(qū)域中心凸起的熱畸變，造成光束質(zhì)量顯著下降， 而且會(huì)導(dǎo)致激光系統(tǒng)無法正常工作。為緩解持續(xù)運(yùn)行時(shí)反射鏡的熱畸變效應(yīng)，需要遴選鏡體材料，優(yōu)化鏡體結(jié)構(gòu)，或者采取簡(jiǎn)易的冷卻措施，又不增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。在目前鏡面拋光工藝、鍍膜技術(shù)發(fā)展受限的情況下，采用新型鏡體結(jié)構(gòu)以及有效的冷卻措施，成為高能激光系統(tǒng)中減少激光腔鏡熱畸變、提高輸出激光光束質(zhì)量的一種行之有效的重要途徑。傳統(tǒng)減少鏡面熱畸變的方法是通過某種手段盡量減少鏡體溫度，從而實(shí)現(xiàn)減少鏡面熱變形的目的。常用冷卻方式包括水冷與相變致冷。普通水冷銅鏡，由于水壓以及壓力波動(dòng)等因素將引起鏡面面形的附加非均勻形變，因此容易導(dǎo)致激光束波陣面相位畸變。為了克服和減少水冷壓力波動(dòng)的影響，比較常用的辦法是增加反射鏡鏡面厚度，但當(dāng)反射鏡在強(qiáng)激光系統(tǒng)中使用時(shí)，由于激光功率很高，鏡面厚度大，熱傳導(dǎo)時(shí)間較長(zhǎng)，鏡面溫升較高，熱變形增大，同樣導(dǎo)致激光束輸出光束質(zhì)量變差。同時(shí)由于使用水冷系統(tǒng)帶來的附加裝置問題，限制了水冷反射鏡的實(shí)際應(yīng)用。相變致冷反射鏡是采用“相變儲(chǔ)能”實(shí)現(xiàn)激光腔鏡的鏡體冷卻的一種反射鏡，可以改善腔鏡鏡面的熱變形特性。但由于一般相變材料熱導(dǎo)率小，熱交換時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)于減少激光腔鏡的瞬時(shí)熱變形，這種相變材料具有一定的局限性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡，所述的這種熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡要解決現(xiàn)有技術(shù)中反射鏡表面光斑區(qū)域的最大熱變形與最小熱變形之差較大，使得激光腔鏡的瞬時(shí)熱變形過大，從而影響激光光束質(zhì)量的技術(shù)問題。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的其包括基片，基片前側(cè)面為反射面，反射面中央?yún)^(qū)域構(gòu)成光斑區(qū)域，在基片后側(cè)面環(huán)繞其光斑區(qū)域設(shè)有多個(gè)小孔，小孔軸線垂直于基片后側(cè)面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后側(cè)面中部固定有銅底座，銅底座通過導(dǎo)熱管與散熱片相連接。該基片呈圓形，其直徑為90mm，厚度為16mm，在基片后側(cè)面設(shè)有兩圈小孔，內(nèi)圈小孔中心位于半徑為30mm的圓周上，其小孔的直徑為5mm，深度為13mm，相鄰兩個(gè)內(nèi)圈小孔之間的夾角為15度，外圈小孔中心位于半徑為37mm的圓周上，其小孔的直徑為4mm，深度為 13mm,相鄰兩個(gè)外圈小孔之間夾角為10度。基片為單晶硅基片。散熱片后側(cè)面設(shè)有風(fēng)扇。本實(shí)用新型和已有技術(shù)相比，其效果是積極和明顯的。本實(shí)用新型在熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡的背面圍繞光斑區(qū)域設(shè)有多個(gè)小孔，消減反射鏡面光斑區(qū)域的最大熱變形與最小熱變形之差，可以在減少激光腔鏡的瞬時(shí)熱變形的同時(shí)，方便地實(shí)現(xiàn)光斑區(qū)域激光波陣面無熱畸變的目的；而且相鄰的兩個(gè)小孔之間設(shè)有一定距離，可以減少小孔對(duì)光照區(qū)域基體幾何結(jié)構(gòu)剛度的影響。本實(shí)用新型相對(duì)水冷鏡、相變致冷鏡而言，鏡面附加畸變小，鏡體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

圖1是本實(shí)用新型熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中的基片后側(cè)面視圖。圖3是本實(shí)用新型與普通硅鏡之間的鏡面熱變形對(duì)比曲線。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型的這種熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡，在本實(shí)施例中，其包括基片1，基片1為單晶硅基片，基片1前側(cè)面為反射面11，反射面中央?yún)^(qū)域構(gòu)成光斑區(qū)域，該基片1呈圓形，其直徑為90mm，厚度為16mm，在基片后側(cè)面環(huán)繞其光斑區(qū)域設(shè)有兩圈小孔，小孔軸線垂直于基片后側(cè)面，內(nèi)圈小孔2中心位于半徑為30mm的圓周上，其小孔的直徑為5mm，深度為13mm，相鄰兩個(gè)內(nèi)圈小孔2之間的夾角為15度，外圈小孔3中心位于半徑為37mm的圓周上，其小孔的直徑為4mm，深度為13mm，相鄰兩個(gè)外圈小孔4之間夾角為10度。在基片1后側(cè)面中部固定有銅底座4，銅底座4通過導(dǎo)熱管5與散熱片6相連接。散熱片后側(cè)面設(shè)有風(fēng)扇，由風(fēng)扇產(chǎn)生氣流通過銅底座對(duì)基片進(jìn)行散熱。經(jīng)過計(jì)算，對(duì)于反射鏡反射率為99. 5%，入射激光功率為100 kW，光斑直徑為60 mm,反射鏡周邊上下邊界固定。當(dāng)光照時(shí)間為4s時(shí)，光斑區(qū)域鏡面熱畸變PV值為0. 039 μ m。對(duì)于化學(xué)氧碘激光器而言，出光時(shí)間一般為4s左右，因此這一畸變量可以滿足實(shí)際需要(要求小于0.13 μ )。如圖3所示，實(shí)測(cè)的本實(shí)用新型和普通硅鏡鏡面熱變形情況比較。實(shí)線表示本實(shí)用新型熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡，虛線表示普通硅鏡鏡面熱變形。當(dāng)然，反射鏡基片的幾何形狀可以圓形、橢圓形、方形、矩形；其光斑形狀也不限于圓形，鏡體背面小孔的環(huán)繞輪廓應(yīng)與其光斑區(qū)域一致。
權(quán)利要求1.一種熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡，包括基片，基片前側(cè)面為反射面，反射面中央?yún)^(qū)域構(gòu)成光斑區(qū)域，其特征在于在基片后側(cè)面環(huán)繞其光斑區(qū)域設(shè)有多個(gè)小孔，小孔軸線垂直于基片后側(cè)面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后側(cè)面中部固定有銅底座，銅底座通過導(dǎo)熱管與散熱片相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡組，其特征在于該基片呈圓形， 其直徑為90mm，厚度為16mm，在基片后側(cè)面設(shè)有兩圈小孔，內(nèi)圈小孔中心位于半徑為30mm 的圓周上，其小孔的直徑為5mm，深度為13mm，相鄰兩個(gè)內(nèi)圈小孔之間的夾角為15度，外圈小孔中心位于半徑為37mm的圓周上，其小孔的直徑為4mm，深度為13mm，相鄰兩個(gè)外圈小孔之間夾角為10度。
3.如權(quán)利要求2所述的熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡組，其特征在于基片為單晶硅基片。
4.如權(quán)利要求3所述的熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡組，其特征在于散熱片后側(cè)面設(shè)有風(fēng)扇。
專利摘要一種熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡，其包括基片，基片前側(cè)面為反射面，反射面中央?yún)^(qū)域構(gòu)成光斑區(qū)域，在基片后側(cè)面環(huán)繞其光斑區(qū)域設(shè)有多個(gè)小孔，小孔軸線垂直于基片后側(cè)面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后側(cè)面中部固定有銅底座，銅底座通過導(dǎo)熱管與散熱片相連接。本實(shí)用新型在熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡的背面圍繞光斑區(qū)域設(shè)有多個(gè)小孔，消減反射鏡面光斑區(qū)域的最大熱變形與最小熱變形之差，可以在減少激光腔鏡的瞬時(shí)熱變形的同時(shí)，方便地實(shí)現(xiàn)光斑區(qū)域激光波陣面無熱畸變的目的；而且相鄰的兩個(gè)小孔之間設(shè)有一定距離，可以減少小孔對(duì)光照區(qū)域基體幾何結(jié)構(gòu)剛度的影響。
文檔編號(hào)H01S5/024GK201994558SQ20112003975
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者彭玉峰 申請(qǐng)人:河南師范大學(xué)