CN105470789A - 具有冷却功能的光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学元件，特别是一种具有冷却功能的光学元件，可广泛应用于大功率激光系统中。该具有冷却功能的光学元件，由至少两个光学元件和流体组成，流体在两个相邻的光学元件间流动。本发明的效果在于：可以大幅降低光学元件的光致热透镜效应，降低系统复杂度，提升系统性能。

Description

具有冷却功能的光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学元件，特别是一种具有冷却功能的光学元件，可广泛应用于大功率激光系统中。
背景技术
在大功率激光系统中，激光器发出的光要经光学系统传输到工作点，组成光学系统的光学元件在强光引入的热量的作用下会导致热透镜效应。目前，为了减少光致热效应的影响，通常在光学元件的周边加有冷却装置。但是，由于玻璃的导热率低，这种冷却方式无法从根本上解决热透镜效应。为了补偿热透镜效应的影响，就需增加系统复杂度，或降低系统的性能。
本发明的目的是提供一种具有冷却功能的光学元件，可以大幅降低大功率激光应用中光致热效应的影响，降低光学系统的复杂度并提升光学系统的性能。
发明内容
本发明的技术方案概括如下：
一种具有冷却功能的光学元件，由至少两个光学元件和流体组成，其中：流体在两个相邻的光学元件间流动。
所述光学元件中至少一个是透镜。
所述光学元件中至少一个是光学薄膜器件。
所述光学元件中至少一个是晶体元件。
所述光学元件中至少一个是旋光元件。
所述流体或者是液体，或者是气体。
所述液体或者是水，或者是液态有机物。
所述气体或者是干燥空气、或者是氮气，或者是惰性气体。
所述光学薄膜器件或者是反射镜，或者是减反镜，或者是偏振镜，或者是二向色镜，或者是分光镜。
本发明的效果在于：可以大幅降低光学元件的光致热透镜效应，降低系统复杂度，提升系统性能。
附图说明
图1为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的结构示意图。
图2为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含透镜元件的结构示意图。
图3为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含透镜元件和光学薄膜元件的结构示意图。
图4为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含透镜元件、晶体元件和光学薄膜元件的结构示意图。
图5为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含光学薄膜元件和旋光元件的结构示意图。
其中：OE1、OE2、…、OE(N-1)、OEN分别表示光学元件；OL1和OL2分别表示光学透镜；L1、L2和L(N-1)分别表示流体；OT1和OT2分别表示薄膜光学元件；OC1表示晶体元件；OS1表示旋光元件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明提出的具有冷却功能的光学元件。
图1为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的结构示意图，由N(N大于等于2)个光学元件OE1、OE2、…、OE(N-1)、OEN和N-1个流体L1、L2、…、L(N-1)组成，流体位于两相邻光学元件间。
在该具有冷却功能的光学元件中，流体可以是液体，也可以是气体，其功能是将器件中的热量快速携带出来，从而消除或大幅降低热透镜效应。液体可以是水，也可以是透明的液态有机物，如甘油。气体可以是干燥空气、氮气或惰性气体等。
在该具有冷却功能的光学元件中，光学元件可以是透镜，组成透镜器件，用于强激光光束的准直、聚焦或成像。光纤元件可以是薄膜光学元件，根据薄膜的功能，可以形成反射器件、透射器件、分光器件、偏振器件和二向色镜等。光学元件也可以是晶体元件，可以在光路中进行光学偏振态的转换、偏移及旋光等功能。光学元件还可以是旋光元件，用于在光路中实现回向光束的隔离。
图2为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含透镜元件的结构示意图。该元件由两个光学透镜OL1、OL2和在两透镜间的流体L1组成。当光功率较小时，可以用流动气体，当功率较大时，就需要流体的液体。这种透镜适合应用于光束质量参数较大的激光系统中，与传统的单透镜相比，可以保证高质量的光束传递。
图3为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含透镜元件和光学薄膜元件的结构示意图。该元件由光学透镜OL1、光学薄膜元件OT1和在元件间的流体L1组成。当光功率较小时，可以用流动气体，当功率较大时，就需要流体的液体。在该元件中，如果光学薄膜元件OT1是一个透射器件，该元件可以看成是带有保护玻璃的光学透镜，可以用在激光加工系统中。如果光学薄膜元件OT1是一二向色镜，该元件可以用在光纤激光系统中，作为激光腔镜用，还可以用在波分复用系统中。如果光学薄膜元件OT1是一全反镜，该器件可以用在光纤激光系统中作为腔镜。
图4为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含透镜元件、晶体元件和光学薄膜元件的结构示意图。该元件由光学透镜OL1、晶体元件OC1、光学薄膜元件OT1和在元件间的流体L1、L2组成。当光功率较小时，可以用流动气体，当功率较大时，就需要流体的液体。在该元件中，如果晶体元件OC1是一个四分之一波片，光学薄膜元件OT1是一个透射器件，该器件就具有将线偏振光转换成园偏振光的功能，可以用在激光切割系统中，作为聚焦透镜使用。
图5为本发明提出的具有冷却功能的光学元件的一种包含光学薄膜元件和旋光元件的结构示意图。该元件由光学薄膜元件OT1、旋光元件OS1和在元件间的流体L1组成。当光功率较小时，可以用流动气体，当功率较大时，就需要流体的液体。在该元件中，如果光学薄膜元件OT1是一个偏振器件，旋光器件OS1是一个45度旋光器，该器件就具有将光隔离功能，可以用在激光核聚变系统中。
本发明提出的具有冷却功能的光学元件，可以消除强光系统中的光致热效应，简化系统设计，降低成本。

Claims (9)

1.一种具有冷却功能的光学元件，由至少两个光学元件和流体组成，其特征是：流体在两个相邻的光学元件间流动。
2.根据权利要求1所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述光学元件中至少一个是透镜。
3.根据权利要求1所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述光学元件中至少一个是光学薄膜器件。
4.根据权利要求1所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述光学元件中至少一个是晶体元件。
5.根据权利要求1所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述光学元件中至少一个是旋光元件。
6.根据权利要求1所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述流体或者是液体，或者是气体。
7.根据权利要求6所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述液体或者是水，或者是液态有机物。
8.根据权利要求6所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述气体或者是干燥空气、或者是氮气，或者是惰性气体。
9.根据权利要求3所述的具有冷却功能的光学元件，其特征是：所述光学薄膜器件或者是反射镜，或者是减反镜，或者是偏振镜，或者是二向色镜，或者是分光镜。
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