专利名称：热畸变自补偿高能激光反射镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于高能激光谐振腔以及远场光束控制等激光系统的反射镜，特别涉及对激光热行为具有严格限制的激光反射镜，具体是一种热畸变自补偿高能激光反射镜。
背景技术：
在高能激光器中，激光反射镜基体内及其表面，因吸收激光能量引起反射镜中心与边缘的非均勻温升，形成温度梯度，镜面产生热变形(热畸变)，严重影响了光束质量。高能激光(HEL)不同于短脉冲高功率激光，它一般是连续波或准连续波运行的高平均功率激光，持续时间达数秒以上。对于数百kW、lMW的高能激光器，腔镜及光学链中的部分反射镜需要承受数十kW/cm2的功率密度或数十至100 J/cm2的能量密度。实验表明，这样高的能量密度不仅容易引起腔镜光照区域中心凸起的热畸变，造成光束质量显著下降， 而且会导致激光系统无法正常工作。为缓解持续运行时反射镜的热畸变效应，需要遴选镜体材料，优化镜体结构，或者采取简易的冷却措施，又不增加系统的复杂性。在目前镜面抛光工艺、镀膜技术发展受限的情况下，采用新型镜体结构以及有效的冷却措施，成为高能激光系统中减少激光腔镜热畸变、提高输出激光光束质量的一种行之有效的重要途径。传统减少镜面热畸变的方法是通过某种手段尽量减少镜体温度，从而实现减少镜面热变形的目的。常用冷却方式包括水冷与相变致冷。普通水冷铜镜，由于水压以及压力波动等因素将引起镜面面形的附加非均勻形变，因此容易导致激光束波阵面相位畸变。为了克服和减少水冷压力波动的影响，比较常用的办法是增加反射镜镜面厚度，但当反射镜在强激光系统中使用时，由于激光功率很高，镜面厚度大，热传导时间较长，镜面温升较高，热变形增大，同样导致激光束输出光束质量变差。同时由于使用水冷系统带来的附加装置问题，限制了水冷反射镜的实际应用。相变致冷反射镜是采用“相变储能”实现激光腔镜的镜体冷却的一种反射镜，可以改善腔镜镜面的热变形特性。但由于一般相变材料热导率小，热交换时间比较长，对于减少激光腔镜的瞬时热变形，这种相变材料具有一定的局限性。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种热畸变自补偿高能激光反射镜，所述的这种热畸变自补偿高能激光反射镜要解决现有技术中反射镜表面光斑区域的最大热变形与最小热变形之差较大，使得激光腔镜的瞬时热变形过大，从而影响激光光束质量的技术问题。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的其包括基片，基片前侧面为反射面，反射面中央区域构成光斑区域，在基片后侧面环绕其光斑区域设有多个小孔，小孔轴线垂直于基片后侧面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后侧面中部固定有铜底座，铜底座通过导热管与散热片相连接。该基片呈圆形，其直径为90mm，厚度为16mm，在基片后侧面设有两圈小孔，内圈小孔中心位于半径为30mm的圆周上，其小孔的直径为5mm，深度为13mm，相邻两个内圈小孔之间的夹角为15度，外圈小孔中心位于半径为37mm的圆周上，其小孔的直径为4mm，深度为 13mm,相邻两个外圈小孔之间夹角为10度。基片为单晶硅基片。散热片后侧面设有风扇。本实用新型和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本实用新型在热畸变自补偿高能激光反射镜的背面围绕光斑区域设有多个小孔，消减反射镜面光斑区域的最大热变形与最小热变形之差，可以在减少激光腔镜的瞬时热变形的同时，方便地实现光斑区域激光波阵面无热畸变的目的；而且相邻的两个小孔之间设有一定距离，可以减少小孔对光照区域基体几何结构刚度的影响。本实用新型相对水冷镜、相变致冷镜而言，镜面附加畸变小，镜体结构简单。
图1是本实用新型热畸变自补偿高能激光反射镜的结构示意图。图2是图1中的基片后侧面视图。图3是本实用新型与普通硅镜之间的镜面热变形对比曲线。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1、图2和图3所示，本实用新型的这种热畸变自补偿高能激光反射镜，在本实施例中，其包括基片1，基片1为单晶硅基片，基片1前侧面为反射面11，反射面中央区域构成光斑区域，该基片1呈圆形，其直径为90mm，厚度为16mm，在基片后侧面环绕其光斑区域设有两圈小孔，小孔轴线垂直于基片后侧面，内圈小孔2中心位于半径为30mm的圆周上，其小孔的直径为5mm，深度为13mm，相邻两个内圈小孔2之间的夹角为15度，外圈小孔3中心位于半径为37mm的圆周上，其小孔的直径为4mm，深度为13mm，相邻两个外圈小孔4之间夹角为10度。在基片1后侧面中部固定有铜底座4，铜底座4通过导热管5与散热片6相连接。散热片后侧面设有风扇，由风扇产生气流通过铜底座对基片进行散热。经过计算，对于反射镜反射率为99. 5%，入射激光功率为100 kW，光斑直径为60 mm,反射镜周边上下边界固定。当光照时间为4s时，光斑区域镜面热畸变PV值为0. 039 μ m。对于化学氧碘激光器而言，出光时间一般为4s左右，因此这一畸变量可以满足实际需要(要求小于0.13 μ )。如图3所示，实测的本实用新型和普通硅镜镜面热变形情况比较。实线表示本实用新型热畸变自补偿高能激光反射镜，虚线表示普通硅镜镜面热变形。当然，反射镜基片的几何形状可以圆形、椭圆形、方形、矩形；其光斑形状也不限于圆形，镜体背面小孔的环绕轮廓应与其光斑区域一致。
权利要求1.一种热畸变自补偿高能激光反射镜，包括基片，基片前侧面为反射面，反射面中央区域构成光斑区域，其特征在于在基片后侧面环绕其光斑区域设有多个小孔，小孔轴线垂直于基片后侧面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后侧面中部固定有铜底座，铜底座通过导热管与散热片相连接。
2.如权利要求1所述的热畸变自补偿高能激光反射镜组，其特征在于该基片呈圆形， 其直径为90mm，厚度为16mm，在基片后侧面设有两圈小孔，内圈小孔中心位于半径为30mm 的圆周上，其小孔的直径为5mm，深度为13mm，相邻两个内圈小孔之间的夹角为15度，外圈小孔中心位于半径为37mm的圆周上，其小孔的直径为4mm，深度为13mm，相邻两个外圈小孔之间夹角为10度。
3.如权利要求2所述的热畸变自补偿高能激光反射镜组，其特征在于基片为单晶硅基片。
4.如权利要求3所述的热畸变自补偿高能激光反射镜组，其特征在于散热片后侧面设有风扇。
专利摘要一种热畸变自补偿高能激光反射镜，其包括基片，基片前侧面为反射面，反射面中央区域构成光斑区域，在基片后侧面环绕其光斑区域设有多个小孔，小孔轴线垂直于基片后侧面，小孔的深度小于基片的厚度，在基片后侧面中部固定有铜底座，铜底座通过导热管与散热片相连接。本实用新型在热畸变自补偿高能激光反射镜的背面围绕光斑区域设有多个小孔，消减反射镜面光斑区域的最大热变形与最小热变形之差，可以在减少激光腔镜的瞬时热变形的同时，方便地实现光斑区域激光波阵面无热畸变的目的；而且相邻的两个小孔之间设有一定距离，可以减少小孔对光照区域基体几何结构刚度的影响。
文档编号H01S5/024GK201994558SQ20112003975
公开日2011年9月28日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者彭玉峰 申请人:河南师范大学