CN100445776C - 一种水冷金属反射镜 - Google Patents

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Abstract

一种水冷金属反射镜，属于激光技术与光学技术领域。有2只金属部件，金属部件的一面有同心圆沟槽，相互对称，其中1只金属部件的同心圆沟槽之间有直通槽连接沟通，另1只金属部件的同心圆沟槽之1有2个通孔分别连接进水口和出水口，2只金属部件在接触面处焊接而成为一体。构成多条冷却水道。冷却水由进水口进入，沿水道流动，从出水口流出。冷却效果是圆对称的，冷却水流经镜面中心处的水道路程最短，在镜面中心处的冷却效果最好，沿镜面边缘处的冷却效果递减。对金属反射镜可进行高效的冷却，使得金属镜面热变性大为减小，以保证传输的激光束质量。在大功率激光器和激光应用系统以及大功率激光器光束变换的光学系统中，具有较大的应用前景。

Description

一种水冷金属反射镜
技术领域
本发明涉及一种水冷金属反射镜，属于激光技术与光学技术领域。
背景技术
目前在大功率激光器和加工系统中广泛使用的金属反射镜，主要应用的水冷反射镜，在冷却效果和结构上，没有考虑到激光束能量分布的特点，如圆对称形，以及激光束能量分布是中心高，远离中心，能量逐渐降低。因此造成反射镜在大功率激光器和加工系统中，受热不均匀和对称，引起镜面形变较大，直接造成光束质量下降。例如图1图2图3所示，是一种现有的水冷反射镜结构，有左部件1和右部件3，冷却水从进水口5进入，通过通道2，6和7到达出水口4，冷却水流经中心通道7的路程最长，流经边缘通道2，6的路程最短，而激光束在中心处能量最大，边缘处能量最小，因此该结构，在中心处冷却效果最差。此外该结构冷却是非圆对称的，而大部分情况下，激光束能量分布是圆对称的。因此会造成从中心沿径向各方向的冷却不均匀性。
发明内容
为了克服现有技术结构的不足，本发明提供一种水冷金属反射镜。用于大功率激光器或激光加工系统。本发明针对激光束能量分布的特点，光束圆对称能量分布和中心处能量高边缘处能量低，因而本发明的水冷反射镜冷却效果是圆对称的，并且冷却水流经镜面中心处的路程最短，流经镜面边缘处的路程最长，以获得最佳的镜面冷却效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水冷金属反射镜，有两只金属部件，一只金属部件的一面有同心圆沟槽，同心圆沟槽之间有直沟槽连接沟通，同心圆沟槽之一有两个通孔分别连接进水口和出水口，一只金属部件的有同心圆沟槽的面与另一只金属部件焊接而成为一体；同心圆沟槽和直沟槽为镜内水道，进水口横截面面积与出水口横截面面积相等，进水口横截面面积大于或等于各个镜内水道的横截面面积之和。
同心圆沟槽构成多条冷却水道。冷却水由进水口进入，沿水道流动，从出水口流出。冷却水流经镜面中心处的水道路程最短，流经镜面边缘处的水道路程递增。因此镜面中心处冷却效果最好，沿边缘处冷却效果递降。
本发明的有益效果，在本发明是一种用于大功率激光器或激光加工系统的水冷金属反射镜。由于本发明针对激光束能量分布的特点，光束圆对称能量分布和中心处能量高边缘处能量低，因而本发明的水冷反射镜冷却效果是圆对称的，在镜面中心处的冷却效果最好，沿镜面边缘处的冷却效果递减。对金属反射镜可进行高效的冷却，使得金属镜面热变性大为减小，以保证传输的激光束质量。在大功率激光器和激光应用系统以及大功率激光器光束变换的光学系统中，具有较大的应用前景。
附图说明
图1、图2、图3为一种已有的水冷金属反射镜结构示意图；
图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11为本发明水冷金属反射镜结构示意图；
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
具体实施方式
实施例1：一种水冷金属反射镜结构由图4、图5、图6和图9所示，有两只金属部件8、9，金属部件8、9的一面有同心圆沟槽23、24，相互对称，其中一只金属部件8的同心圆沟槽10、11、12之间有直通槽13连接沟通，另一只金属部件9的同心圆沟槽15、16、17之16有2个通孔19、20分别连接进水口21和出水口22，两只金属部件8、9的有同心圆沟槽的面焊接而成为一体。金属部件的中心有分流圆14、18。
金属部件1的另一面为金属反射镜反射面25，金属反射镜反射面25为曲面包括圆弧面、组合弧面。
通过两只金属部件8、9焊接而成为一体的水冷金属反射镜，该水冷金属反射镜的一个侧面为反射面，反射面为曲面。
同心圆沟槽为冷却水道。冷却水由进水口21进入，沿水道10、11、12、13和15、16、17流动，从出水口22流出。冷却水流经镜面中心处的水道12、17路程最短，流经镜面边缘处的水道路程递增。中心分流圆14、18的直径为0-10mm，因此镜面中心处冷却效果最好，沿边缘处冷却效果递降。为保证冷却水在金属镜内可充满各个水道，金属镜内六个水冷通道的横截面面积之和与进水口和出水口横截面面积的关系由下式确定：
Sc＝Sj≥S4+S5+S6+...                    (1)
上式中，Sc为出水口横截面面积，Sj为进水口横截面面积，S4为水道12、17的横截面面积，S5为水道11、16的横截面面积，S6为水道10、15的横截面面积。即进水口横截面面积与出水口横截面面积相等，进水口横截面面积大于或等于各个镜内水道横截面面积之和。
实施例2：如图7所示，是一种用于大功率激光加工系统的水冷金属反射镜结构示意。两只金属部件8、9，金属部件8的一面有同心圆沟槽23，同心圆沟槽23之间有直通槽连接沟通，另一只金属部件9的没有同心圆沟槽。其他结构同实施例1。
水冷金属反射镜两部分在非流水通道的接触面处均用低温金属焊料封接，构成一个整体如图7所示。镜面外径为70mm，金属镜高度为25mm，金属镜内部水道高为1.5mm，水道宽为3mm，相邻水道间距为9mm，中心分流圆直径为6mm。共三种六个水道。进水口和出水口横截面直径为6mm。
金属镜内通水道横截面面积之和＝6×1.5×3＝27mm2
进水口或出水口横截面面积＝3.141596×3×3＝28.3mm2
进水口或出水口横截面面积＞金属镜内通水道横截面面积之和，
满足公式(1)的要求，在金属镜内冷却水可充满各个水道。
实施例3：如图8所示，两只金属部件8、9，金属部件9的一面有同心圆沟槽24，同心圆沟槽24之间有直通槽连接沟通，另一只金属部件8的没有同心圆沟槽。其他结构同实施例1。
实施例4：如图10所示，两只金属部件8、9，金属部件9的一面有同心圆凸槽25，另一只金属部件8的一面有同心圆沟槽23，同心圆沟槽23之间有直通槽连接沟通，同心圆沟槽23、同心圆凸槽25之间镶嵌配合，留有空间，面积满足上述公式。
实施例5：两只金属部件8、9，金属部件8的一面有同心圆凸槽26，另一只金属部件9的一面有同心圆沟槽24，同心圆沟槽24之间有直通槽连接沟通，同心圆沟槽24、同心圆凸槽26之间镶嵌配合，留有空间，面积满足上述公式(1)要求。
实施例6：两只金属部件8、9，金属部件8、9的同心圆凸槽25、26、沟槽23、24为4条或5条或6条或7条或8条，沟槽和凸凹配合留下的空间满足上述公式(1)要求。

Claims (8)

1.一种水冷金属反射镜，其特征是：有两只金属部件，一只金属部件的一面有同心圆沟槽，同心圆沟槽之间有直沟槽连接沟通，同心圆沟槽之一有两个通孔分别连接进水口和出水口，一只金属部件的有同心圆沟槽的面与另一只金属部件焊接而成为一体；同心圆沟槽和直沟槽为镜内水道，进水口横截面面积与出水口横截面面积相等，进水口横截面面积大于或等于各个镜内水道的横截面面积之和。
2.根据权利要求1所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：通过两只金属部件焊接而成为一体的水冷金属反射镜，该水冷金属反射镜的一个侧面为反射面，反射面为曲面。
3.根据权利要求1或2所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：一只金属部件的中心有分流圆。
4.根据权利要求3所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：外径为70mm，高度为25mm，内部水道高为1.5mm，水道宽为3mm，相邻水道间距为9mm，进水口和出水口横截面直径为6mm，中心分流圆的直径为0-10mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：一只金属部件的一面有同心圆沟槽，另一只金属部件的一面也有同心圆沟槽，同心圆沟槽之间有直通槽连接沟通，同心圆沟槽相互对称配合。
6.根据权利要求1或2所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：另一只金属部件的与所述具有同心圆沟槽的面对的面有同心圆凸槽，焊接时，所述同心圆沟槽与同心圆凸槽之间镶嵌配合，留有空间。
7.根据权利要求1或2所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：水冷金属反射镜两部分在非流水通道的接触面处用低温金属焊料封接，构成一个整体。
8.根据权利要求4所述的一种水冷金属反射镜，其特征是：水冷金属反射镜两部分在非流水通道的接触面处用低温金属焊料封接，构成一个整体。
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