CN102263361A - 一种激光反射腔镜组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光反射腔镜组件，包括反射镜、前夹持器和后夹持器；反射镜的底座部分相对镜体部分径向突出1-20mm，形成凸台，后夹持器上开有凹槽，反射镜的底座部分置于该凹槽内，前夹持器上开有台阶通孔，反射镜穿过该台阶通孔，且台阶通孔上的台阶与反射镜的凸台抵接，前夹持器和后夹持器通过螺钉连接，使反射镜的凸台被夹紧，前夹持器的台阶通孔与反射镜镜体部分的侧面之间留有径向间隙。它使反射腔镜为凸台结构，夹持器夹持镜子的凸台，从而在与镜子实施刚性夹持的基础上实现镜面的自由伸展。本发明克服了目前激光发射腔镜存在的镜面受约束或者夹持无力的困难，同时能很好解决密封问题。本发明结构简单、操作方便，还可适应于异形镜。

Description

一种激光反射腔镜组件

技术领域

本发明属于激光器及其系统中的光学元件技术，具体涉及一种激光谐振腔反射腔镜组件，主要用于高功率及高能量激光器中。

背景技术

激光光学谐振腔的反射镜由于吸收激光能量，导致镜面温度升高和热膨胀，镜体在热胀冷缩过程中由于受到约束，不能自由伸缩而发生镜面畸变，造成输出光束质量和稳定性下降。随着激光功率越来越高，这个问题越来越突出。激光反射镜的畸变与镜面吸收的激光能量、镜体材料、冷却结构和装夹方式相关。镜面吸收的激光能量、镜体材料、冷却结构受激光功率、镀膜材料和工艺、光学加工、机械加工等水平限制。镜体的夹持方式在镜面畸变中起着很大作用，特别是当镜子材料、尺寸和结构已经确定后。

激光器的光学谐振腔中，激光反射腔镜在实际使用过程中充当反射镜的作用，需要垂直激光光轴，因而激光反射腔镜在实际应用过程中需要在垂直光轴的平面上进行调节，此外激光反射镜还承担了对激光谐振腔进行密封的功能。因此目前激光反射腔镜常用的夹持方式为机械式夹持。已有两种方法得到广泛应用(孙峰，程祖海，张耀宁，余文峰，周次明，激光器腔镜夹持方式对热变形的影响，强激光与粒子束，2003，Vol17(1)：29-32)。

一是周边压板法，这种方法也称轴向固定法。即采用与镜子形状相同的板材框全部或部分压住镜面周边，密封圈置于镜面或者镜子背面，在板材框压镜面的过程中由于密封圈变形而实现密封。这种方法结构简单，适应于任何镜面形状。但是在激光器工作镜子受热膨胀时，镜面周边由于受到板材框的约束无法在轴向自由膨胀，因而镜面的畸变量大，严重恶化光束质量。当激光功率高时，这种情况更加严重。

二是径向固定法，也称压密封圈法。即将密封圈固定在镜子的外围，然后用压圈压密封圈，从而将反射镜固定在镜座内，实现密封。这种方法是将反射镜的径向施加固定约束，使得激光作用下镜子在径向无法伸展。这种方法由于镜面可以在轴向自由伸展，因而虽然镜面变形大，但畸变很小。这种方法在反射镜质量很大时不适合，此外这种方法对镜面和镜子轴向方向的形状都有要求，通常只能是规则的圆柱镜。

除此以外，还有一些夹持方法，都是对这两种方法进行改进。如三小面夹持方法：位于反射镜平面内彼此相隔120°的一个弹性负载机构与两个固定约束和位于镜面正交方向上的的三个弹性负载机构的夹持方法(李伟，王菲，冯进良，约束条件对反射镜应力与变形的影响，仪器与仪表，2009，Vol.16，No.2：103-104)等，这些夹持方法虽然比衍生前的夹持方法镜面变形有所改善，但是基本原理一样，存在一样的缺点。张耀宁等(张耀宁.锥孔耦合激光镜镜架[P].中国专利文献：CN2519499，2002-10-30；张耀宁.一种新的镜架--锥孔耦合激光镜镜架[P].中国专利文献ZL01273469.1，2002)研发了采用在镜面正交方向上的的三个锥孔定位夹紧镜子的方法。三锥孔的夹持方式的镜面变形介于上述两种方法之间，但镜面的对称性不如上述两种方法。此外这种三个锥孔定位夹紧镜子方法还难以满足激光谐振腔的密封要求，难以装夹非圆形镜。还有根据这两种方法衍生而来的镜子夹持方法，也存在类似缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光反射腔镜组件，该组件可以很方便地夹持激光反射腔镜特别是大质量、异种形状的反射镜；且可以方便实现激光谐振腔的密封；特别重要的是由于镜面不受约束，因而镜面畸变很小。

本发明提供的一种激光反射腔镜组件，其特征在于，包括反射镜、前夹持器和后夹持器；反射镜的底座部分相对镜体部分径向突出1-20mm，形成凸台，后夹持器上开有凹槽，反射镜的底座部分置于该凹槽内，前夹持器上开有台阶通孔，反射镜穿过该台阶通孔，且台阶通孔上的台阶与反射镜的凸台抵接，前夹持器和后夹持器通过螺钉连接，使反射镜的凸台被夹紧，前夹持器的台阶通孔与反射镜镜体部分的侧面之间留有径向间隙。

与激光谐振腔的密封可以采用轴向或者径向密封前夹持器或后夹持器来实现。

本发明使反射腔镜为凸台结构，夹持器夹持镜子的凸台，从而在与镜子实施刚性夹持的基础上实现镜面的自由伸展。本发明克服了目前激光发射腔镜存在的镜面受约束或者夹持无力的困难，同时能很好解决密封问题。相对于前述的三种夹持方式，本发明提供的激光反射腔镜组件具有结构简单、易装夹、变形小、易密封、适应任意形状及质量反射腔镜等优点。本发明还可适应于异形镜。

附图说明

图1是激光反射腔镜组件的示意图。

具体实施方式

在激光辐照下，镜面由于吸热产生温升而膨胀，如果镜面的某些部位受到约束，则会使镜面发生畸变。如果镜面的膨胀不受约束，这样镜面虽然总体膨胀大，但是面型改变却不大，即镜面面型畸变小。可见镜面面型畸变与夹持方式有很大关系。在激光器谐振腔中，反射镜及其装夹方式不仅要实现反射功能，还要承担谐振腔的密封功能。在高功率激光器中，反射镜的直径和厚度都很大，因而质量很大。本发明提供的小畸变激光反射腔镜外形结构及装夹方法能够实现这些功能。下面结合附图和圆形镜实例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种激光反射腔镜组件包括具有凸台结构的反射镜1、前夹持器2、密封圈3和后夹持器4四部分。凸台结构的反射镜1包括镜面5和凸台6。在该装置不工作时，镜子背面7的形状与镜面5一样，只是尺寸比镜面稍大，约宽1-20mm，从而形成凸台6。后夹持器4上开有凹槽，反射镜1的底座部分置于该凹槽内，前夹持器2上开有台阶通孔，反射镜1穿过该台阶通孔，且台阶通孔上的台阶与反射镜1的凸台6抵接。前后夹持器的周边有连接用螺钉孔。装夹反射镜1时，前后夹持器靠螺钉9连接，夹紧反射镜1的凸台6。如果是水冷镜，还可以在后夹持器的凹槽中镶嵌密封圈3，凹槽必须在水冷区域之外。

当该装置工作时，将被前后夹持器紧紧固定的反射镜1的镜面5面向激光8辐照区；然后采用径向密封或者轴向密封前夹持器2或后夹持器4以实现激光谐振腔的密封。当激光器工作时，镜面5由于吸热升温而膨胀，形成凸起的镜面10。由于镜面5没有任何约束，可以自由伸展，因而凸起的镜面10虽然总体膨胀，但是面型改变(凸起)很小，即畸变很小。由于后夹持器4内部可以安装密封条，因而冷却水的密封可以很好解决。由于夹持器可以很方便地与激光谐振腔实现径向密封或者轴向密封，因此激光谐振腔的密封也能很好解决。由于夹持器与镜子之间是刚性夹持，因而镜子质量再大也不会影响夹持效果。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种激光反射腔镜组件，其特征在于，包括反射镜(1)、前夹持器(2)和后夹持器(4)；反射镜(1)的底座部分相对镜体部分径向突出1-20mm，形成凸台(6)，后夹持器(4)上开有凹槽，反射镜(1)的底座部分置于该凹槽内，前夹持器(2)上开有台阶通孔，反射镜(1)穿过该台阶通孔，且台阶通孔上的台阶与反射镜(1)的凸台(6)抵接，前夹持器(4)和后夹持器(2)通过螺钉连接，使反射镜(1)的凸台(6)被夹紧，前夹持器(2)的台阶通孔与反射镜(1)镜体部分的侧面之间留有径向间隙。

2.根据权利要求1所述的激光反射腔镜组件，其特征在于，反射镜(1)为水冷镜，后夹持器(4)在水冷区域之外设有凹槽，凹槽中镶嵌密封圈(3)。

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