多層水冷硅鏡的設計和研究.pdf

1、高能激光器如欲獲得近衍射極限的光束質量，必須解決腔鏡熱吸收變形的技術難題。本文以多層水冷硅鏡為研究對象，從減小熱變形的角度出發(fā)，重點研究了腔鏡熱變形分析、多層水冷硅鏡結構設計和有限元數(shù)值模擬，并對具有直線型微溝槽流道結構的多層水冷硅鏡進行了臺架實驗和現(xiàn)場試驗研究。 在腔鏡熱變形理論分析方面，首先從腔鏡傳熱模型入手，綜合考慮壓力變形和熱變形兩個因素的影響，得出了要使鏡面總體變形較小，在保證鏡體剛度的前提下，應盡可能采用薄鏡面的結論

2、,從而引出超薄多層水冷硅鏡的研究 。 在多層水冷硅鏡結構設計和有限元數(shù)值模擬方面，首先分析了水冷卻鏡鏡面畸變的各種類型及其影響因素，對各種集流管式水冷卻鏡結構特點進行了詳細的分析和總結。針對前人的不足和實際應用特殊要求，設計出了螺旋型和直線微溝槽型兩種流道構型的硅基水冷鏡結構，并利用ANSYS有限元程序對這兩種結構的水冷鏡進行了數(shù)值模擬。模擬結果表明:相對螺旋型流道結構的水冷鏡而言，直線型流道結構的水冷鏡具有良好的動態(tài)熱特性，在

3、激光照射1.5秒時就達到了穩(wěn)態(tài)，而螺旋型流道結構的水冷鏡則在3秒后才達到穩(wěn)態(tài)。 在實驗研究方面，主要從水壓實驗、熱變形實驗和鏡面恢復實驗三方面入手，進一步驗證了該水冷鏡的熱變形特性。大量的臺架實驗結果和現(xiàn)場試驗結果證明，雖然直線型微溝槽流道結構水冷硅鏡鏡面絕對熱變形量與螺旋型流道相比略大，但動態(tài)熱特性較好，激光器輸出穩(wěn)定性較高，能滿足實際應用中對穩(wěn)定性的要求。同時，將此鏡分別用在2kW連續(xù)CO2激光器和高能脈沖COIL激光器上進