一种光加热补偿镜及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光加热补偿镜及其使用方法。具体涉及一种利用激光器本身光能将激光腔镜光斑部分热变形降低至原来的1/40以下的光加热补偿镜及其使用方法。
【背景技术】
[0002]随着激光技术的飞速发展，激光器的功率越来越高，连续作用时间越来越长。高的激光能量使得激光腔镜产生很大的热变形，从而使光束质量显著下降，使之无法远距离传输，导致激光系统无法正常工作。因此，减小激光腔镜的热变形具有十分重要的意义。
[0003]为了改善激光腔镜的热变形，人们采取了许多方法。热补偿法即是其中非常有效的方法之一。其基本原理为:在激光照射下，镜面将会由于吸收热量产生温升而膨胀，而由于激光的辐照面、侧面和背面的温升情况不同，所以镜面将会产生弯曲。如果在激光的非辐照区加一个合适的热量进行补偿，则可以降低、乃至消除整个镜体温度梯度，从而抑制镜面面型畸变。
[0004]根据热补偿能量的提供方法，热补偿法主要包括两种:一种是电加热补偿法，制成的热补偿镜叫做电加热补偿镜，另外一种是光加热补偿法，制成的热补偿镜叫做光加热补偿镜。
[0005]电加热补偿镜的侧面、背面甚至前表面设置电阻丝或电热片等加热元件，在进行热补偿时热补偿能量即是来自于加热元件通电释放的热量。电加热补偿镜方面的发明和研究主要包括:1.程祖海等人发明的热补偿可控波相差复合微变形镜(1.余亮英，程祖海，朱海红，曹华梁.热补偿腔镜热变形的研究.光学与光电技术，2007，5(2)，12-15。2.朱海红，余亮英，程祖海，陈佳元.热补偿可控波相差复合微变形镜.授权专利号:CN100424945C)、2.Friede 等人(Dirk Friede, Hermann Hage, Karl-Heinz Herzner, Volker Scholz, “Lasersystem and method with thermally compensated optics,，，US Patent:5751750.)提出并经 Rod1nov 等人(A.Yu.Rod1nov, V.V.Sergeev, A.A.Smirnov, A.V.Starovoitov, V.E.Sherstobitov, “Compensat1n of dynamic thermal deformat1ns of mirrors inhigh-power slab lasers,，，Quantum Electronics, Vol.34, N0.11, pp.1040-1046, 2004.)实验研究的板条形激光器用热补偿镜等。电加热补偿镜展现出了良好的热补偿效果，然而其也存在自身的一些缺点，包括:1).电加热补偿镜发热元件的制作、安装工艺比较复杂；
2).热补偿能量须由外部电源提供；3).安装发热元件时很难保证电热补偿镜仍具有良好的初始面型。
[0006]光加热补偿镜镜体的背面镀有一层对热补偿光高吸收的膜层，在进行热补偿时热补偿能量即来自于高吸收膜层对热补偿光的吸收。由于高吸收膜的镀制技术现在已经非常成熟，所以光加热补偿镜的镜体制备相对简单，同时加工成的光加热补偿镜也能够很容易的具有良好的初始面型。
[0007]最早采用光加热补偿法的是美国的Paul等人(Paul.G.DeBaryshe, Sheldon.L.Glickler, “Compensat1n of thermal expans1n in mirrors for high powerradiat1n beams, ”US patent:4287421.),他们通过让部分激光透射到激光腔镜的背面来实现热补偿。该方法的缺点为:1.为了使激光能够透射到腔镜的背面，所采用的基体材料必须为对激光透明的材料，不能随意选择；2.激光腔镜前后表面对热量的吸收量的比值是一定值，在进行热补偿时无法根据实际情况对热补偿能量进行调节。
[0008]Friede等人采用让激光从激光腔镜的侧面漏出，然后经反射镜反射到激光腔镜背面的光加热补偿方案。该方案存在的主要问题在于无法提供均匀的热补偿能量，使得热补偿效果大打折扣。
[0009]Soloviev 等 A(A.A.Soloviev, 1.E.Kozhevatov, 0.V.Palashov, E.A.Khazanov,“Compensat1n for thermally induced aberrat1ns in optical elementsby means of addit1nal heating by CO2Iaser radiat1n, ”Quantum Electronics, Vol.36，N0.10，pp.939-345，2006.)采用使用C02激光照射激光腔镜背面的光加热补偿方案。该方案具有良好的热补偿效果，但需要C02激光器这一额外能源及复杂的控制设备。
[0010]可以看出，目前的光加热补偿镜都具有其自身的缺点。因此，发明一种既具有光补偿法的优点又能克服现有光加热补偿镜的缺点的光热补偿补偿镜就显得很有必要。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种光加热补偿镜及其使用方法。
[0012]该光加热补偿镜可以利用激光器本身光能实现激光腔镜的均匀热补偿，将激光腔镜光斑部分热变形降低至原来的1/40以下。
[0013]本发明提供的一种光加热补偿镜，它包括镜体、激光衰减器、激光扩束系统和光阑；
[0014]镜体的中心开有通孔，用于让部分激光从前表面透射到后表面对镜体进行热补偿；
[0015]镜体两面光学抛光，其前表面镀制高反膜，后表面镀制高吸收膜。高反膜用于尽量减少镜体对激光能量的吸收，而高吸收膜则用于尽量多的吸收激光能量，以利于用最少的能量达到最佳的热补偿效果；
[0016]激光衰减器用于将从前表面透射到后表面的激光能量衰减到一个合适的大小，从而使热补偿效果最佳；
[0017]激光扩束系统由一块凹透镜和一块凹面镜组成，用于将从前表面透射到后表面的激光进行扩束，以利于均匀加热镜体背部；
[0018]凹面镜的中心可带有小孔，用于光腔的准直调节；
[0019]光阑由一个大圆环、一个小圆环同轴设置而成，大圆环和小圆环间通过1-6个细连接杆相互固定连接，大圆环的内环直径和小圆环的外环直径可以根据需要进行调整，从而控制热补偿加热区域，使热补偿具有最佳的效果。
[0020]设置以上器件的原因在于:要想具有最佳的热补偿效果，热补偿的能量、均匀度及加热区域等都有一个最佳值，这些参数需要通过分别调节激光衰减器、激光扩束系统和光阑获得。
[0021]本发明的使用方法如下:
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