專利名稱：熱畸變自補償高能激光反射鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于高能激光諧振腔以及遠場光束控制等激光系統的反射鏡，特別涉及對激光熱行為具有嚴格限制的激光反射鏡，具體是一種熱畸變自補償高能激光反射鏡。
背景技術：
在高能激光器中，激光反射鏡基體內及其表面，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，鏡面產生熱變形(熱畸變)，嚴重影響了光束質量。高能激光(HEL)不同于短脈沖高功率激光，它一般是連續波或準連續波運行的高平均功率激光，持續時間達數秒以上。對于數百kW、lMW的高能激光器，腔鏡及光學鏈中的部分反射鏡需要承受數十kW/cm2的功率密度或數十至100 J/cm2的能量密度。實驗表明，這樣高的能量密度不僅容易引起腔鏡光照區域中心凸起的熱畸變，造成光束質量顯著下降， 而且會導致激光系統無法正常工作。為緩解持續運行時反射鏡的熱畸變效應，需要遴選鏡體材料，優化鏡體結構，或者采取簡易的冷卻措施，又不增加系統的復雜性。在目前鏡面拋光工藝、鍍膜技術發展受限的情況下，采用新型鏡體結構以及有效的冷卻措施，成為高能激光系統中減少激光腔鏡熱畸變、提高輸出激光光束質量的一種行之有效的重要途徑。傳統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，從而實現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等因素將引起鏡面面形的附加非均勻形變，因此容易導致激光束波陣面相位畸變。為了克服和減少水冷壓力波動的影響，比較常用的辦法是增加反射鏡鏡面厚度，但當反射鏡在強激光系統中使用時，由于激光功率很高，鏡面厚度大，熱傳導時間較長，鏡面溫升較高，熱變形增大，同樣導致激光束輸出光束質量變差。同時由于使用水冷系統帶來的附加裝置問題，限制了水冷反射鏡的實際應用。相變致冷反射鏡是采用“相變儲能”實現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率小，熱交換時間比較長，對于減少激光腔鏡的瞬時熱變形，這種相變材料具有一定的局限性。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種熱畸變自補償高能激光反射鏡，所述的這種熱畸變自補償高能激光反射鏡要解決現有技術中反射鏡表面光斑區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熱變形過大，從而影響激光光束質量的技術問題。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的其包括基片，基片前側面為反射面，反射面中央區域構成光斑區域，在基片后側面環繞其光斑區域設有多個小孔，小孔軸線垂直于基片后側面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后側面中部固定有銅底座，銅底座通過導熱管與散熱片相連接。該基片呈圓形，其直徑為90mm，厚度為16mm，在基片后側面設有兩圈小孔，內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，相鄰兩個內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,相鄰兩個外圈小孔之間夾角為10度。基片為單晶硅基片。散熱片后側面設有風扇。本實用新型和已有技術相比，其效果是積極和明顯的。本實用新型在熱畸變自補償高能激光反射鏡的背面圍繞光斑區域設有多個小孔，消減反射鏡面光斑區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熱變形的同時，方便地實現光斑區域激光波陣面無熱畸變的目的；而且相鄰的兩個小孔之間設有一定距離，可以減少小孔對光照區域基體幾何結構剛度的影響。本實用新型相對水冷鏡、相變致冷鏡而言，鏡面附加畸變小，鏡體結構簡單。
圖1是本實用新型熱畸變自補償高能激光反射鏡的結構示意圖。圖2是圖1中的基片后側面視圖。圖3是本實用新型與普通硅鏡之間的鏡面熱變形對比曲線。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的這種熱畸變自補償高能激光反射鏡，在本實施例中，其包括基片1，基片1為單晶硅基片，基片1前側面為反射面11，反射面中央區域構成光斑區域，該基片1呈圓形，其直徑為90mm，厚度為16mm，在基片后側面環繞其光斑區域設有兩圈小孔，小孔軸線垂直于基片后側面，內圈小孔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，相鄰兩個內圈小孔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，相鄰兩個外圈小孔4之間夾角為10度。在基片1后側面中部固定有銅底座4，銅底座4通過導熱管5與散熱片6相連接。散熱片后側面設有風扇，由風扇產生氣流通過銅底座對基片進行散熱。經過計算，對于反射鏡反射率為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。當光照時間為4s時，光斑區域鏡面熱畸變PV值為0. 039 μ m。對于化學氧碘激光器而言，出光時間一般為4s左右，因此這一畸變量可以滿足實際需要(要求小于0.13 μ )。如圖3所示，實測的本實用新型和普通硅鏡鏡面熱變形情況比較。實線表示本實用新型熱畸變自補償高能激光反射鏡，虛線表示普通硅鏡鏡面熱變形。當然，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，鏡體背面小孔的環繞輪廓應與其光斑區域一致。
權利要求1.一種熱畸變自補償高能激光反射鏡，包括基片，基片前側面為反射面，反射面中央區域構成光斑區域，其特征在于在基片后側面環繞其光斑區域設有多個小孔，小孔軸線垂直于基片后側面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后側面中部固定有銅底座，銅底座通過導熱管與散熱片相連接。
2.如權利要求1所述的熱畸變自補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，在基片后側面設有兩圈小孔，內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，相鄰兩個內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，相鄰兩個外圈小孔之間夾角為10度。
3.如權利要求2所述的熱畸變自補償高能激光反射鏡組，其特征在于基片為單晶硅基片。
4.如權利要求3所述的熱畸變自補償高能激光反射鏡組，其特征在于散熱片后側面設有風扇。
專利摘要一種熱畸變自補償高能激光反射鏡，其包括基片，基片前側面為反射面，反射面中央區域構成光斑區域，在基片后側面環繞其光斑區域設有多個小孔，小孔軸線垂直于基片后側面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后側面中部固定有銅底座，銅底座通過導熱管與散熱片相連接。本實用新型在熱畸變自補償高能激光反射鏡的背面圍繞光斑區域設有多個小孔，消減反射鏡面光斑區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熱變形的同時，方便地實現光斑區域激光波陣面無熱畸變的目的；而且相鄰的兩個小孔之間設有一定距離，可以減少小孔對光照區域基體幾何結構剛度的影響。
文檔編號H01S5/024GK201994558SQ20112003975
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者彭玉峰 申請人:河南師范大學