一种用于激光系统的镜片散热装置

1.本发明涉及激光系统领域，尤其是涉及一种用于激光系统的镜片散热装置。


背景技术：

2.随着激光应用的快速发展，尤其在高能激光武器方面的应用，单一波段的激光的输出功率已不能满足激光武器数十千
·
瓦甚至更高数百千瓦的要求。将不同波长的激光进行合束，是解决高能激光武器光源高功率输出的最佳手段。
3.激光合束大致分为两大类，一是将相同波长的激光器利用合束技术合成一束，进而提高输出功率；另一类是将不同波长的激光利用合束技术合成一束，进一步提高输出功率。两类合束技术在合成光束时都会用到透射、反射等光学元器件。光学元器件总会吸收部分能量，从而转化为热量，不仅自身产生温度梯度，导致热变形，影响系统的合成精度，也会辐射整个系统，导致环镜产生较大温升，影响系统系能。
4.合束镜作为波长激光合束光源系统中的核心部件之一，其在激光合束系统中将不同波长的激光器进行合束(两束光重合作用)，以完成多路激光合成作用，从而提高高能激光光源的输出功率。但是在激光合束过程中，激光合束产生极高的热流密度，其数量级能够达到数kw/cm2，合束镜由于表层膜系以及基体材料的吸收，存在镜面吸收部分激光能量且转化成热能，导致镜体产生温升，使得镜体面型、材料折射率产生热畸变，影响激光合成精度，最终影响激光光源的打击效果。
5.在数kw/cm2高能流激光辐照下，合束镜短时间内的温度在局部区域积累非常严重，且发生热变形、热应力等，致使激光合束系统输出光束质量恶化，严重会烧毁镜片。为了对合束镜等光学元器件温升导致的热变形及热应力控制到能够接受的范围，保证激光合束系统稳定工作。因此，需要对其进行冷却控温措施，将吸收的热量带走，控制温度稳定在一定范围内，才能保证激光合束系统的高性能工作。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于激光系统的镜片散热装置，控制镜片温升，保证合束系统处于稳定的工作范围之内。其散热装置简单可靠，能够达到快速散热的目的，保证镜片温升处于稳定状态，不会随着时间的增加累积增加。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.一种用于激光系统的镜片散热装置，安装在激光系统的镜片上，所述镜片散热装置包括安装镜架、固定压圈和冷却接头，所述安装镜架设有中心孔洞和围绕该中心孔洞的镜片安装槽，所述安装镜架、镜片和固定压圈依次连接，所述镜片安装在所述镜片安装槽内，所述固定压圈还固定连接所述安装镜架；所述安装镜架内部形成有冷却流道，该冷却流道的端部贯通安装镜架的端面，形成冷却液进出口。
9.进一步地，所述镜片散热装置还包括垫圈，该垫圈设置在所述镜片和固定压圈之
间。
10.进一步地，所述垫圈为纯铜或铟箔。
11.进一步地，所述安装镜架还设有多个预留孔，该预留孔从安装镜架的外表面贯通至镜片安装槽的端面，所述预留孔主要是供外部高导热材质填充入口，利用高压力枪通过预留孔填充导热材质，填充完将该小孔密封，密封方式可以通过胶封，或者堵头堵住等方式。
12.进一步地，所述镜片安装槽与镜片之间设有高导热间隙，该高导热间隙内填充有流动性导热材质。
13.进一步地，所述安装镜架为上下分离式结构，包括上固定架和下固定架，所述上固定架可拆卸连接下固定架；所述镜片散热装置还包括导热圈，该导热圈安装在所述镜片安装槽内，并位于所述镜片的外侧。
14.进一步地，所述导热圈为金属铟箔或紫铜。
15.进一步地，所述上固定架的安装面设有安装间隙，部分所述导热圈位于该安装间隙内。
16.进一步地，所述冷却液进出口朝向所述镜片外侧的空间。
17.进一步地，所述冷却流道围绕所述镜片设置。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.(1)本发明提出了一种数kw/cm2高能流激光系统使用的镜片散热装置，设置了安装镜架，并通过固定压圈固定镜片，在安装镜架中设置了冷却流道，能流入冷却液经过安装镜架实现控制镜片温升，保证合束系统处于稳定的工作范围之内。其散热装置简单可靠，能够达到快速散热的目的，保证镜片温升处于稳定状态，不会随着时间的增加累积增加，能够保证在高能流密度照射下正常工作。
20.(2)本发明在整体式安装镜架上设置多个预留孔，通过在其中填充流动性导热材质保证了镜片与安装镜架的紧密贴合，并能高效导热。
21.(3)针对设置预留孔填充的流动性导热材质容易挥发的缺陷，本发明还提出了上下分离式结构的安装镜架，可在安装镜架中设置导热圈，质地柔软，与镜片压接后能有效固定镜片，并且导热圈为金属铟箔、紫铜等具备高热导率的材质，既能导热还能克服流动性导热材质容易挥发的缺陷，且装置整体结构简单，安装方便。
附图说明
22.图1为本发明实施例中提供的一种用于激光系统的镜片散热装置的主视图；
23.图2为本发明实施例中提供的一种用于激光系统的镜片散热装置的左视图；
24.图3为本发明实施例中提供的一种安装镜架的主视图；
25.图4为本发明实施例中提供的一种安装镜架的左视图；
26.图5为图4中的b-b截面图；
27.图6为本发明实施例中提供的一种安装镜架的立体图；
28.图7为本发明实施例中提供的另一种用于激光系统的镜片散热装置的主视图；
29.图8为本发明实施例中提供的另一种用于激光系统的镜片散热装置的左视图；
30.图9为图8的a-a截面图；
31.图10为图9中的上固定架示意图；
32.图中，1、安装镜架，101、冷却流道，102、冷却液进出口，103、高导热间隙，104、预留孔，105、安装间隙，106、密封口，2、固定压圈，3、冷却接头，4、垫圈，5、上固定架，501、安装面，6、下固定架，7、导热圈，8、镜片。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
39.如图1-6所示，本实施例提供一种用于激光系统的镜片散热装置，安装在激光系统的镜片3上，镜片散热装置包括安装镜架1、固定压圈2和冷却接头5，安装镜架1设有中心孔洞和围绕该中心孔洞的镜片安装槽，安装镜架1、镜片3和固定压圈2依次连接，镜片3安装在镜片安装槽内，固定压圈2还固定连接安装镜架1；安装镜架1内部形成有冷却流道101，该冷却流道101的端部贯通安装镜架1的端面，形成冷却液进出口102。
40.冷却流道101围绕镜片3设置，可以为分段式结构也可以为整体式曲线结构。
41.优选地，冷却液进出口102朝向镜片3外侧的空间，保证冷却流道冷却液不能对镜子产生额外的冲击力或过大的冲击力。
42.实施例1
43.如图1-6所示，镜片散热装置还包括垫圈4，该垫圈4设置在镜片3和固定压圈2之间。
44.垫圈4为纯铜或铟箔。
45.作为一种优选的实施方式，安装镜架1还设有多个预留孔104，该预留孔104从安装镜架1的外表面贯通至镜片安装槽的端面，预留孔104内填充有流动性导热材质。
46.进一步地，作为一种优选的实施方式，镜片安装槽与镜片3之间设有高导热间隙103，该高导热间隙103内填充有流动性导热材质。
47.将上述优选的实施方式进行任意组合可以得到更优的实施方式，下面对将所有优选的实施方式进行组合得到最优的实施方式进行具体描述。
48.本实施方式中整体装置包括三大模块，1安装镜架，2固定压圈，3镜片，4垫圈，5冷却接头。该整体装置主要应用在高功率激光镜片散热。
49.其安装过程如下：镜片3安装在安装镜架1内，垫圈4压在镜片上，通过固定压圈2将垫圈4以及镜子压紧，固定压圈通过螺丝与镜架固连，冷却水接头5保证与外界冷却仪器相连接，保持循环冷却作用。
50.如图2、图3所示，安装镜架1具备高导热间隙103、冷却流道101、密封口106、预留孔104及冷却液进出口102。
51.高导热间隙103低于0.05mm，保证填充高热导率的具有一定流动性材质，如导热硅脂等导热率高且具备流动材质；
52.预留孔104主要将高导热材质能够满足让压力枪将该材质均匀完全填充镜子圆柱面与镜架圆柱面，并保证紧密贴合，高效导热；
53.冷却流道101通过主要让冷却液进行循环冷却换热，带走热量；
54.冷却液进出口102的设计向结构方向，不能对着镜子的方向，保证冷却流道冷却液不能对镜子产生额外的冲击力或过大的冲击力；
55.密封口106主要利用标准堵头或摩擦焊接的方式进行密封堵住，使冷却流道形成封闭循环体。
56.垫圈4是高导热材料，材质较软，如纯铜，铟箔，这样可以保证固定压圈与镜面不仅保证紧密配合，且高效导热。垫圈4上下粗糙度为1.6以上，且没有任何毛刺，防止金属刮伤镜片。
57.冷却水接头5主要作用连接外界冷却装置与冷却流道形成冷却循环。
58.实施例2
59.如图7-10所示，本实施例与实施例1大体相同，不同点在于，安装镜架1为上下分离式结构，包括上固定架5和下固定架6，上固定架5可拆卸连接下固定架6；镜片散热装置还包括导热圈7，该导热圈7安装在镜片安装槽内，并位于镜片3的外侧。镜片散热装置不设有垫圈、高导热间隙和预留孔104。
60.本实施例中，上固定架5和下固定架6通过螺栓固定连接，镜片3安装在导热圈7内整体安装在上固定架5与下固定架6内，用固定压圈2将其压紧，固定压圈2与上固定架5和下固定架6通过螺栓固连。冷却接头与上固定架5和下固定架6通过螺纹连接密封。
61.如图5所示，上固定架5的安装面501设计留有安装间隙105，该安装间隙105在0.1mm～0.5mm范围以内，部分导热圈7位于该安装间隙105内，保证能够完全将导热圈10压紧填充圆柱面。
62.导热圈7具备高热导率的材质，如金属铟箔、紫铜等，这种金属不仅导热率高，且非
常软，能够很好的填充圆柱面的接触。
63.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。