[發(fā)明專利]高功率激光反射鏡熱畸變的補(bǔ)償裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310424615.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN103457141A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉麗娜;但勇軍;安振杰;薛艷艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)理化工程研究院
• 主分類號(hào): H01S3/042
• 分類號(hào): H01S3/042
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標(biāo)代理有限公司 12103
• 代理人: 胡恩河

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種補(bǔ)償裝置，具體涉及一種高功率激光反射鏡熱畸變的補(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)高功率激光作用于激光反射鏡表面時(shí)，激光反射鏡基體內(nèi)及其薄膜表面因吸收激光能量引起反射鏡激光照射區(qū)域和邊緣區(qū)域非均勻溫升，形成溫度梯度，鏡面產(chǎn)生熱變形即反射鏡熱畸變，進(jìn)而使激光通過反射鏡傳輸時(shí)波前發(fā)生畸變。而在大型強(qiáng)激光長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中，做為導(dǎo)光用的激光反射鏡在光學(xué)鏈中被大量使用，這些反射鏡需要承受數(shù)十KW/cm²的功率密度。實(shí)驗(yàn)表明，這樣高的功率密度會(huì)引起單個(gè)反射鏡光照區(qū)域中心凸起的熱畸變；更進(jìn)一步在光學(xué)鏈中數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)反射鏡熱畸變的疊加作用下，會(huì)造成高功率激光傳輸系統(tǒng)的光束波前質(zhì)量顯著下降，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致激光系統(tǒng)無法正常工作。

此外，在實(shí)際的激光傳輸系統(tǒng)中，往往需要對(duì)激光功率進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)多種應(yīng)用的需要。現(xiàn)有的補(bǔ)償熱效應(yīng)的方法很難在調(diào)節(jié)激光功率較大的范圍內(nèi)，使傳輸?shù)募す獗３至己玫墓馐|(zhì)量。

為了減小和消除高功率激光反射鏡熱畸變的現(xiàn)象，目前主要有以下幾種做法；

（1）材料方面的優(yōu)化

反射鏡選用超低熱膨脹的材料，現(xiàn)階段采用的比較好的料是單晶硅,碳化硅。但這些材料仍無法使光束質(zhì)量維持在5倍衍射極限以下。

（2）結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化

通過對(duì)反射鏡鏡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)來減小激光輻照區(qū)域的熱變形。如中國(guó)專利《熱畸變自補(bǔ)償高能激光反射鏡》（授權(quán)公告號(hào)：CN201994558U）公開了在熱畸變自補(bǔ)償反射鏡的背面圍繞光斑區(qū)域設(shè)有多個(gè)小孔，消除反射鏡面光斑區(qū)域的最大熱變形與最小熱變之差，可以在減小激光腔鏡的瞬時(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)域基體幾何剛度的影響。

但這種方式還存在著一定的局限性，首先，當(dāng)入射激光光斑尺寸較小時(shí)，在鏡體上開許多的小孔，鏡體不易加工，鏡體結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定性降低，如果鏡體上小孔較少，補(bǔ)償效果不明顯。其次，鏡體中小孔的大小和數(shù)量需根據(jù)給定的激光參量及其指標(biāo)來進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，通用性低。再次，該補(bǔ)償結(jié)構(gòu)基于自身結(jié)構(gòu)熱行為，可以有效減少鏡面初始瞬態(tài)熱畸變，尤其適用于激光器出光初始階段光束質(zhì)量要求比較高的情況，但在強(qiáng)激光長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，反射鏡鏡面的熱積累很難消除，反射鏡鏡片的熱畸變?nèi)匀淮嬖凇Ｗ詈螅摲瓷溏R只能對(duì)指定性能的激光產(chǎn)生的熱畸變進(jìn)行固定的補(bǔ)償，當(dāng)激光的能量或者光斑尺寸在實(shí)際應(yīng)用中改變的時(shí)候，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

（3）反射鏡水冷技術(shù)

????這是目前最為先進(jìn)的技術(shù),但系統(tǒng)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,同時(shí)存在一些加工技術(shù)尚未解決,并不成熟。

綜上，目前高功率激光反射鏡熱畸變這一現(xiàn)象還面臨著補(bǔ)償效果差，通用性低，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)難度大，大型高功率長(zhǎng)距離傳輸反射鏡熱畸變疊加無法消除等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提出，其目的是提供一種通用性高、可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的、補(bǔ)償效果高的高功率激光反射鏡熱畸變的補(bǔ)償裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高功率激光反射鏡熱畸變的補(bǔ)償裝置，包括殼體，在殼體內(nèi)部形成有階梯通孔，左端形成通光孔、右端形成背光孔。在階梯通孔內(nèi)從右至左依次安裝有環(huán)形半導(dǎo)體制冷片、環(huán)形紫銅片、環(huán)形銀箔片、反射鏡和壓圈，在靠近背光孔一側(cè)的殼體內(nèi)壁中形成有U形水道，在環(huán)形紫銅片的外圓厚度方向上形成有凹槽，在凹槽內(nèi)安裝有熱電偶，恒溫控制裝置的信號(hào)控制線分別與環(huán)形半導(dǎo)體制冷片和熱電偶的信號(hào)線連通。

所述的通光孔的孔徑由反射鏡的直經(jīng)確定，背光孔的孔徑由激光照射光斑直經(jīng)確定。

所述的環(huán)形半導(dǎo)體制冷片、環(huán)形紫銅片和環(huán)形銀箔片內(nèi)外徑相等，其內(nèi)徑和背光孔的孔徑相等。

所述的環(huán)形半導(dǎo)體制冷片的制熱端靠近環(huán)形紫銅片，反射鏡的拋光一側(cè)靠近環(huán)形銀箔片，壓圈通過與殼體螺紋連接壓緊反射鏡鍍有反射膜的另一側(cè)。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性高、適用各種激光能量和光斑尺寸的反射鏡熱畸變補(bǔ)償，并能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，可以消除大型高功率長(zhǎng)距離傳輸反射鏡熱畸變的多重疊加，補(bǔ)償效果好。

附圖說明

圖1?是本發(fā)明的剖面圖；

圖2?是圖1中沿A-A線的剖面圖。

?其中：

???1??殼體??????????????2??環(huán)形半導(dǎo)體制冷片

????3??環(huán)形紫銅片????????4??環(huán)形銀箔片

???5??反射鏡??????????????6??壓圈