反射单元及高功率激光系统的制作方法

1.本实用新型涉及微电子技术领域，特别涉及一种反射单元及高功率激光系统。


背景技术：

2.随着光学技术以及激光器的飞速发展，激光在各个领域内应用广泛，对激光器的功率要求也越来越高。其中，反射镜是激光器中必不可少的光学元件，具体而言，激光系统中的反射镜是用于对激光光路进行转折的部件。
3.目前，利用镀膜后的金属反射镜能够实现非常高的反射率，但是仍有高达数十瓦的激光能量将被反射镜吸收，对应的高温会导致镜片的局部发生形变，导致镜片表面的面型起伏过大。尤其是，针对高功率激光的光学系统受到热辐射而发生形变的风险更大，因此即需要利用冷却结构对反射镜进行冷却。
4.在典型的冷却结构中，一般是利用较大的流量保证反射镜的温度控制在一定范围内。然而，这样的冷却结构往往有较大的流体压力，进而会导致镜片内部压力过高产生变形，相应的会对镜片表面面型产生较大的影响。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种反射单元及高功率激光系统，以改善现有的反射单元中的反射镜的形变量。
6.为此，本实用新型提供了一种反射单元，包括：反射镜和设置在所述反射镜背面的冷却结构，所述冷却结构具有冷却腔，并且所述冷却腔内设置有多个供冷却流体流通的流体流道。
7.可选的，所述反射镜的背面内凹而构成所述冷却腔。
8.可选的，在所述反射镜的冷却腔内设置有多个凸出的隔离墙，多个所述隔离墙分隔出多个所述流体流道。
9.可选的，所述反射单元还包括盖体，所述盖体盖合所述反射镜背面的冷却腔。
10.可选的，所述盖体相对的两端还分别设置有冷却流体的进口和出口，并且多个所述流体流道介于所述进口和所述出口之间。
11.可选的，所述流体流道沿着反射镜的长轴方向延伸，多个所述流体流道沿着反射镜的短轴方向依次排布。
12.可选的，所述反射镜的长轴方向的两端均为弧形，多个所述流体流道的相对两端均顺应反射镜端部的弧形形状而呈现弧形排布。
13.可选的，所述流体流道是由至少一个隔离墙间隔形成，所述流体流道的宽度尺寸为所述隔离墙的宽度尺寸的1.5～2.5倍。
14.可选的，所述多个流体流道所占用的区域面积大于等于反射镜面积的80％。
15.可选的，所述多个流体流道的设置区域和所述反射镜的受光区域相匹配。
16.可选的，所述冷却结构为水冷结构。
17.本实用新型的又一目的在于提供一种高功率激光系统，包括如上所述的反射单元，用于对激光光路进行反射。
18.在本实用新型提供的反射单元中，通过在冷却腔中设置多个流体流道，不仅可以确保其冷却效果，并且还能够有效缓解反射镜受到的流体压力，从而改善反射镜由于流体压力而产生较大的形变。同时，较小的流体压力也能够有效缓解反射镜基于热辐射时所产生的形变，使得反射镜的整体形变得到较大程度的提升。在将其应用于高功率激光系统中时，即可相应的提高激光系统的光学性能。
19.进一步的，可直接使反射镜的背面内凹而形成冷却腔，提高对反射镜的冷却效果。以及，可以在反射镜的冷却腔内设置有多个凸出的隔离墙，以分隔出多个流体流道，此时基于所述隔离墙的应力作用下，还将进一步缓解反射镜的形变问题。
附图说明
20.图1为本实用新型一实施例中的反射单元的结构示意图。
21.图2a为现有的一种反射单元其冷却结构的冷却效果的温度分布模拟图。
22.图2b为本实用新型提供的一种反射单元其冷却结构的冷却效果的温度分布模拟图。
23.图3a为现有的一种反射单元其反射镜基于热辐射而产生的形变分布模拟图。
24.图3b为本实用新型提供的一种反射单元其反射镜基于热辐射而产生的形变分布模拟图。
25.图4a为现有的一种反射单元其反射镜基于流体压力而产生的形变分布模拟图。
26.图4b为本实用新型提供的一种反射单元其反射镜基于流体压力而产生的形变分布模拟图。
27.图5a为现有的一种反射单元其反射镜产生的总形变分布模拟图。
28.图5b为本实用新型提供的一种反射单元其反射镜产生的总形变分布模拟图。
具体实施方式
29.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的反射单元及高功率激光系统作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。应当认识到，附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。
30.图1为本实用新型一实施例中的反射单元的结构示意图。如图1所示，所述反射单元包括：反射镜100和设置在所述反射镜100背面的冷却结构。此处所述的“反射镜的背面”即为背离受光面的一面；反之，反射镜的正面即为受光面。
31.其中，所述冷却结构具有冷却腔110，并且所述冷却腔110内设置有多个供冷却流体流通的流体流道120。具体的，在利用所述冷却结构进行冷却时，冷却流体是经由多个流体流道120流经反射镜100的背面，从而避免了冷却流体集中在冷却腔110的中心区域而使
反射镜100的中心区域受到较大的流体压力而发生形变。
32.具体应用中，反射单元的反射镜100由中心区域至边缘区域的受光量逐步递减，因此反射镜100的温度分布也相应的是由中心区域至边缘区域的逐步递减。为此，本实施例中，可使所述多个流体流道120的设置区域和所述反射镜100的受光区域相匹配，具体可将多个流体流道120主要设置在反射镜100的受光区域在反射镜背面的正投影区域，如此，一方面可以对反射镜100的中心区域进行有效冷却，避免反射镜100由于高温热辐射产生形变，另一方面反射镜100其最容易由热辐射而产生形变的中心区域不会受到较大的流体压力，有利于缓解反射镜10进一步叠加流体压力而发生更为严重的形变问题。
33.继续参考图1所述，本实施例中，所述反射镜100的背面内凹而构成所述冷却腔110。可以认为，本实施例中的冷却结构的冷却腔110可内嵌至所述反射镜100内，从而可提高其冷却效果。以及，所述反射单元还包括盖体200，所述盖体200盖合所述反射镜背面的冷却腔110，此时，所述盖体200相应的盖合在所述反射镜100的背面。即，所述冷却腔110的空间是利用所述反射镜100和所述盖体200共同限定出。
34.或者其他实施例中，例如还可以是盖体200的表面内凹而构成冷却腔，以及盖体200形成有冷却腔的表面朝向反射镜100的背面盖合，从而限定出所述冷却腔的空间。
35.进一步的，在所述反射镜100的冷却腔110内设置有多个凸出的隔离墙，多个隔离墙分隔出多个所述流体流道120，即，所述流体流道120是由至少一个隔离墙间隔形成。其中，所述冷却腔110内的多个隔离墙可以和所述反射镜100一体成型。本实施例中，所述反射镜例如为铜反射镜，则所述隔离墙即可以为铜材料的隔离墙。
36.需要说明的是，本实施例中通过设置多个流体流道120，不仅能够降低反射镜100受到的流体压力而改善反射镜100的形变问题，并且在反射镜100背面的多个隔离墙的应力作用下，还将进一步缓解反射镜100的形变问题。具体的实施例中，可设置所述流体流道120的宽度尺寸为所述隔离墙的宽度尺寸的1.5～2.5倍。
37.继续参考图1所示，所述盖体200相对的两端还分别设置有冷却流体的进口210和出口220，并且多个所述流体流道120即介于所述进口210和所述出口220之间。即，冷却流体经由所述进口210流入，并分流至各个流体流道120内，之后再从各个流体流道120流向所述出口220，以排出冷却流体。具体的方案中，所述冷却结构例如为水冷结构，此时，所述冷却流体就为冷却水。
38.其中，所述流体流道120具体是沿着所述进口210至所述出口220的方向延伸，以利用冷却流体的流通。本实施例中，多个所述流体流道120均沿着所述进口210至所述出口220的方向平行延伸，更具体的，可使多个所述流体流道120均沿着所述进口210至所述出口220的方向直线平行延伸。
39.可选的方案中，所述进口210和所述出口220分别位于反射镜100的长轴方向的两端，此时所述流体流道120即沿着反射镜100的长轴方向延伸，以及多个所述流体流道120沿着反射镜100的短轴方向依次排布。本实施例中，所述反射镜100的长轴方向的两端均为弧形(例如，所述反射镜100是具有弧形端部的方形或接近方形)。
40.基于此，可进一步使多个所述流体流道120的相对两端均顺应反射镜端部的弧形形状而呈现弧形排布。如此，以使所述反射镜100的背面能够仅可能多的排布有所述流体流道120，尽可能的降低反射镜100受到的流体压力。例如，可使所述多个流体流道120所占用
的区域面积大于等于反射镜面积的80％，即所述反射镜100的背面超80％的区域上均设置有所述流体流道120。
41.基于如上所述的反射单元，本实施例还提供了一种高功率激光系统，所述高功率激光系统即包括如上所述的反射单元，以用于实现高功率激光的光路反射。应当认识到，针对高功率激光而言其使得反射镜100受到热辐射而发生形变的风险将更大，而本实施例中所采用的冷却结构可以大大改善反射镜100的形变情况并保证对反射镜的100的冷却效果，有效提升高功率激光系统的光学性能。
42.下面以一比对示例解释说明本实施例提供的反射单元其冷却结构对反射镜的冷却效果。具体参考图2a和图2b所示，其中图2a为现有的一种反射单元其冷却结构的冷却效果的温度分布模拟图，图2b为本实用新型提供的反射单元其冷却结构的冷却效果的温度分布模拟图。首先参考图2a所示，现有的反射单元中其反射镜由中心区域至边缘区域的温度差异大于2℃，其中，所述反射镜的中心区域的温度为27.27℃，而边缘区域的温度为25.25℃。接着参考图2b所示，本实施例中的反射单元其反射镜由中心区域至边缘区域的温度差异可控制在0.9℃范围内，其中，所述反射镜100的中心区域的温度为26.16℃，而边缘区域的温度为25.30℃。即，本实施例提供的反射单元中，其冷却结构对反射镜的冷却效果较佳，可以保证对反射镜的高效冷却。
43.需要说明的是，现有的反射单元中为了实现对反射镜的有效降温，通常需要较大流体流量，从而不可避免的会使反射镜受到较大的流体压力，进而发生严重的形变。
44.下面继续通过比对示例解释说明本实施例提供的反射单元其反射镜基于热辐射而产生的形变状况。具体参考图3a和图3b所示，其中图3a为现有的一种反射单元其反射镜基于热辐射而产生的形变分布模拟图，图3b为本实用新型提供的一种反射单元其反射镜基于热辐射而产生的形变分布模拟图。首先参考图3a所示，现有的反射单元中其反射镜的中心区域基于热辐射而产生的形变量为1966nm，其边缘区域基于热辐射而产生的形变量为50nm。接着参考图3b所示，本实施例中的反射单元其反射镜的中心区域基于热辐射而产生的形变量为313nm，其边缘区域基于热辐射而产生的形变量为43nm。
45.结合图3a和图3b可见，相对于传统的反射单元而言，本实施例提供的反射单元可使反射镜基于热辐射而产生的整体形变量均得到有效缓解，尤其是中心区域基于热辐射而产生的形变量相对于传统发射单元而言，可降低1500nm。
46.接着继续通过比对示例解释说明本实施例提供的反射单元其反射镜基于流体压力而产生的形变状况。具体参考图4a和图4b所示，其中图4a为现有的一种反射单元其反射镜基于流体压力而产生的形变分布模拟图，图4b为本实用新型提供的一种反射单元其反射镜基于流体压力而产生的形变分布模拟图。首先参考图4a所示，现有的反射单元中由于反射镜的中心区域所受到的流体压力较大，从而使得反射镜的中心区域基于流体压力产生了严重的形变，其形变量可达到近13000nm。接着参考图4b所示，本实施例中的反射单元其反射镜的中心区域通过多个流体流道的分压大大降低了其中心区域受到的流体压力，从而使得中心区域基于流体压力而产生的形变量可降低至116nm。通过比对可见，本实施例提供的反射单元其反射镜的中心区域基于流体压力所产生的形变得到了很大程度的缓解。
47.此外，本实施例提供的反射单元，在反射镜的两端(对应于冷却流体的进口端和出口端)相对于中心区域将产生更大的形变，然而本实施例中的反射镜其两端基于流体压力
所产生的形变量，远低于图4a所示的反射镜的端部所产生的形变量，并且针对反射镜而言其端部对于其反射效果的影响有限。
48.最后，可进一步比对反射镜在叠加热辐射和流体压力后所产生的总形变量。具体参考图5a和图5b所示，其中图5a为现有的一种反射单元其反射镜产生的总形变分布模拟图，图5b为本实用新型提供的一种反射单元其反射镜产生的总形变分布模拟图。首先参考图5a所示，现有的反射单元中其反射镜的中心区域所产生的总形变量大约为15300nm。接着参考图5b所示，本实施例提供的反射单元中其反射镜的中心区域产生的总形变量仅为440nm。
49.综上所述，本实施例提供的反射单元中，通过在冷却腔中设置多个流体流道，从而在可以确保其冷却效果的基础上，有效缓解反射镜受到较大的流体压力，改善所述反射镜由于流体压力而产生较大的形变。具体可将多个流体流道主要设置在反射镜的受光区域在背面的正投影区域(例如，反射镜的中心区域)，不仅可以对反射镜其最高辐射量的中心区域进行有效冷却，避免反射镜由于高温热辐射而产生形变，并且针对反射镜最容易发生高温形变的区域也不会受到较大的流体压力，进一步缓解反射镜的形变问题。
50.进一步的，可直接使反射镜的背面内凹而形成冷却腔，提高对反射镜的冷却效果。以及，可以在反射镜的冷却腔内设置有多个凸出的隔离墙，以分隔出多个流体流道，此时基于所述隔离墙的应力作用下，还将进一步缓解反射镜的形变问题。
51.需要说明的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。
52.此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本实用新型的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。