CN203503965U - 一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置 - Google Patents
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Abstract
一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，包括壳体，在壳体内部形成有阶梯通孔，左端形成通光孔、右端形成背光孔。在阶梯通孔内从右至左依次安装有环形半导体制冷片、环形紫铜片、环形银箔片、反射镜和压圈，在靠近背光孔一侧的壳体内壁中形成有U形水道，在环形紫铜片的外圆厚度方向上形成有凹槽，在凹槽内安装有热电偶，恒温控制装置的信号控制线分别与环形半导体制冷片和热电偶的信号线连通。本实用新型结构简单、通用性高、适用各种激光能量和光斑尺寸的反射镜热畸变补偿，并能进行实时调节，可以消除大型高功率长距离传输反射镜热畸变的多重叠加，补偿效果好。
Description
技术领域
本实用新型属于一种补偿装置，具体涉及一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置。
背景技术
当高功率激光作用于激光反射镜表面时，激光反射镜基体内及其薄膜表面因吸收激光能量引起反射镜激光照射区域和边缘区域非均匀温升，形成温度梯度，镜面产生热变形即反射镜热畸变，进而使激光通过反射镜传输时波前发生畸变。而在大型强激光长距离传输系统中，做为导光用的激光反射镜在光学链中被大量使用，这些反射镜需要承受数十KW/cm2的功率密度。实验表明，这样高的功率密度会引起单个反射镜光照区域中心凸起的热畸变；更进一步在光学链中数十个甚至数百个反射镜热畸变的叠加作用下，会造成高功率激光传输系统的光束波前质量显著下降，严重的会导致激光系统无法正常工作。
此外，在实际的激光传输系统中，往往需要对激光功率进行调节以适应多种应用的需要。现有的补偿热效应的方法很难在调节激光功率较大的范围内，使传输的激光保持良好的光束质量。
为了减小和消除高功率激光反射镜热畸变的现象，目前主要有以下几种做法；
（1）材料方面的优化
反射镜选用超低热膨胀的材料，现阶段采用的比较好的料是单晶硅,碳化硅。但这些材料仍无法使光束质量维持在5倍衍射极限以下。
（2）结构方面的优化
通过对反射镜镜体结构进行优化和改进来减小激光辐照区域的热变形。如中国专利《热畸变自补偿高能激光反射镜》（授权公告号：CN201994558U）公开了在热畸变自补偿反射镜的背面围绕光斑区域设有多个小孔，消除反射镜面光斑区域的最大热变形与最小热变之差，可以在减小激光腔镜的瞬时热变形的同时，方便地实现光斑区域激光波面无热畸变的目的，而且相邻的两个小孔之间设有一定距离，可以减少小孔对光照区域基体几何刚度的影响。
但这种方式还存在着一定的局限性，首先，当入射激光光斑尺寸较小时，在镜体上开许多的小孔，镜体不易加工，镜体结构性稳定性降低，如果镜体上小孔较少，补偿效果不明显。其次，镜体中小孔的大小和数量需根据给定的激光参量及其指标来进行具体设计，通用性低。再次，该补偿结构基于自身结构热行为，可以有效减少镜面初始瞬态热畸变，尤其适用于激光器出光初始阶段光束质量要求比较高的情况，但在强激光长时间运转系统中，反射镜镜面的热积累很难消除，反射镜镜片的热畸变仍然存在。最后，该反射镜只能对指定性能的激光产生的热畸变进行固定的补偿，当激光的能量或者光斑尺寸在实际应用中改变的时候，无法进行实时补偿。
（3）反射镜水冷技术
这是目前最为先进的技术,但系统复杂,造价昂贵,同时存在一些加工技术尚未解决,并不成熟。
综上，目前高功率激光反射镜热畸变这一现象还面临着补偿效果差，通用性低，实时调节难度大，大型高功率长距离传输反射镜热畸变叠加无法消除等一系列问题。
实用新型内容
本实用新型为解决现有技术中存在的技术问题而提出，其目的是提供一种通用性高、可以实时调节的、补偿效果高的高功率激光反射镜热畸变的补偿装置。
本实用新型的技术方案是：一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，包括壳体，在壳体内部形成有阶梯通孔，左端形成通光孔、右端形成背光孔。在阶梯通孔内从右至左依次安装有环形半导体制冷片、环形紫铜片、环形银箔片、反射镜和压圈，在靠近背光孔一侧的壳体内壁中形成有U形水道，在环形紫铜片的外圆厚度方向上形成有凹槽，在凹槽内安装有热电偶，恒温控制装置的信号控制线分别与环形半导体制冷片和热电偶的信号线连通。
所述的通光孔的孔径由反射镜的直经确定，背光孔的孔径由激光照射光斑直经确定。
所述的环形半导体制冷片、环形紫铜片和环形银箔片内外径相等，其内径和背光孔的孔径相等。
所述的环形半导体制冷片的制热端靠近环形紫铜片，反射镜的抛光一侧靠近环形银箔片，压圈通过与壳体螺纹连接压紧反射镜镀有反射膜的另一侧。
本实用新型结构简单、通用性高、适用各种激光能量和光斑尺寸的反射镜热畸变补偿，并能进行实时调节，可以消除大型高功率长距离传输反射镜热畸变的多重叠加，补偿效果好。
附图说明
图1 是本实用新型的剖面图；
图2 是图1中沿A-A线的剖面图。
其中：
1 壳体 2 环形半导体制冷片
3 环形紫铜片 4 环形银箔片
5 反射镜 6 压圈
7 U形水道 8 通光孔
9 背光孔 10 凹槽
11 热电偶 12 恒温控制装置。
具体实施方式
下面，参照附图和实施例对本实用新型的一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置进行详细说明：
如图1～2所示，一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，包括壳体1，壳体1外形呈长方体、厚度比长、宽小，内部开有阶梯通孔，左端形成通光孔8、右端形成背光孔9，在阶梯通孔内从右至左依次安装有环形半导体制冷片2、环形紫铜片3、环形银箔片4、反射镜5和压圈6。在靠近背光孔8一侧的壳体内壁中形成有U形水道7。
通光孔8的孔径由反射镜5的直经确定，背光孔9的孔径由激光照射光斑直经确定。
环形半导体制冷片2、环形紫铜片3和环形银箔片4内外径相等，其内径和背光孔8的孔径相等。
环形半导体制冷片2的制热端靠近环形紫铜片3，反射镜5的抛光一侧靠近环形银箔片4，压圈6通过与壳体1螺纹连接压紧反射镜5镀有反射膜的另一侧。
环形半导体制冷片2的信号线穿过壳体1上的导线孔与恒温控制装置12连通。
在环形紫铜片3的外圆厚度方向上形成有凹槽10，在凹槽10内安装有热电偶11，热电偶11的信号线与恒温控制装置12连通。
壳体1为铝制,环形半导体制冷片2的型号为TEC1-1275-HTS。恒温控制装置12采用本申请人的《一种固体激光器倍频晶体的恒温控制装置》（专利号：ZL201010262247.2）已公开的专利技术。
本实用新型的工作过程：
工作时，对于不同激光功率照射下的反射镜，测量出反射镜5热畸变的峰谷值；根据测量的反射镜热畸变表面峰谷值调节环形半导体制冷片2的温度，使反射镜5非光照区域的温度发生相应的变化，反射镜5产生内凹或外凸变形，降低镜体激光照射区域和非照射区域的温度梯度,从而明显减小反射镜非光照区域和光照区域镜面变形的峰谷值。
本实用新型结构简单、通用性高、适用各种激光能量和光斑尺寸的反射镜热畸变补偿，并能进行实时调节，可以消除大型高功率长距离传输反射镜热畸变的多重叠加，补偿效果好。
Claims (4)
1.一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，包括壳体（1），在壳体（1）内部形成有阶梯通孔，左端形成通光孔（8）、右端形成背光孔（9），其特征在于：在阶梯通孔内从右至左依次安装有环形半导体制冷片（2）、环形紫铜片（3）、环形银箔片（4）、反射镜（5）和压圈（6），在靠近背光孔（8）一侧的壳体内壁中形成有U形水道（7），在环形紫铜片（3）的外圆厚度方向上形成有凹槽（10），在凹槽（10）内安装有热电偶（11），恒温控制装置（12）的信号控制线分别与环形半导体制冷片（2）和热电偶（11）的信号线连通。
2.根据权利要求1所述的一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，其特征在于：所述的通光孔（8）的孔径由反射镜（5）的直经确定，背光孔（9）的孔径由激光照射光斑直经确定。
3.根据权利要求1所述的一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，其特征在于：所述的环形半导体制冷片（2）、环形紫铜片（3）和环形银箔片（4）内外径相等，其内径和背光孔（8）的孔径相等。
4.根据权利要求1所述的一种高功率激光反射镜热畸变的补偿装置，其特征在于：所述的环形半导体制冷片（2）的制热端靠近环形紫铜片（3），反射镜（5）的抛光一侧靠近环形银箔片（4），压圈（6）通过与壳体1螺纹连接压紧反射镜（5）镀有反射膜的另一侧。
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| CN103457141A (zh) * | 2013-09-18 | 2013-12-18 | 核工业理化工程研究院 | 高功率激光反射镜热畸变的补偿装置 |
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2013
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