应用于高能激光系统的水冷反射镜的制作方法

本发明涉及高能激光系统，尤其涉及一种应用于高能激光系统的水冷反射镜。

背景技术：

1、近年来，随着激光相关技术的不断进步，激光光源的输出功率不断攀升，具有高输出功率的高能激光系统得到快速发展。但是，高能激光系统在工作过程中，反射镜需要长时间承受高功率密度激光光束的辐照，镜体不可避免地会吸收部分能量，从而发生热畸变现象，严重影响激光系统的光束质量。

2、现有技术中，公开号为cn207442175u的专利提供了一种高功率激光金属反射镜的冷却装调结构，该专利通过将镜架支撑体内部隐藏的进水管路、出水管路与反射镜内部的冷却换热管道通过密封圈密封连通，并与恒温冷水机连接形成一整条密闭的循环水路，从而为高功率激光金属反射镜提供持续的水冷散热，以缓解温度过高带来的问题。

3、然而，上述专利提供的方法仅仅只适用于小口径反射镜，对于大口径的反射镜来说，镜面尺寸的增大使得其对于温度及结构变化的敏感性显著增加，上述专利提供的散热及支撑结构均无法满足大口径反射镜的需求。并且，基于高能激光系统对产品小型化、轻量化的要求，需要使体积更小、重量更轻的激光系统具备更高能量的激光输出能力，对反射镜的负载能力提出了更进一步的要求。如何针对大口径反射镜设计更合理的散热结构及支撑结构，使其在小型化、轻量化的同时仍具有较高的面形精度和强光耐受能力，仍是当前亟待解决的问题。

4、有鉴于此，有必要设计一种改进的应用于高能激光系统的水冷反射镜，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于高能激光系统的水冷反射镜，在保证小型化、轻量化的同时，有效保障反射镜在宽温差、复杂振动环境下的面形精度，并解决反射镜因在长时间激光辐照下吸收热量产生热变形所导致的系统光束质量劣化和到靶功率下降的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种应用于高能激光系统的水冷反射镜，包括镜体、安装基板、背部柔性支撑组件、侧面柔性支撑组件和水循环组件，所述镜体通过所述背部柔性支撑组件和所述侧面柔性支撑组件与所述安装基板连接；

3、所述镜体的背部设置有用于安装所述背部柔性支撑组件的背部安装孔，所述背部安装孔中设置有背部水循环口；

4、所述镜体的侧面设置有侧面水循环口，所述侧面柔性支撑组件设置在所述镜体的所述侧面水循环口的外侧；

5、所述镜体的内部设置有与所述背部水循环口和所述侧面水循环口连通的水循环管道；

6、所述水循环组件包括进出水管道，所述进出水管道包括贯穿所述背部柔性支撑组件并与所述背部水循环口连通的第一管道、贯穿所述侧面柔性支撑组件并与所述侧面水循环口连通的第二管道。

7、作为本发明的进一步改进，所述背部柔性支撑组件包括设置于所述背部安装孔内的粘胶结构、连接所述粘胶结构与所述安装基板的背部柔节。

8、作为本发明的进一步改进，所述粘胶结构包括与所述背部安装孔的内壁相适配的周壁、设置于所述周壁内的底板；所述周壁的外侧设置有注胶槽，所述底板垂直于所述周壁的轴向；所述底板的中部设置有供所述第一管道通过的第一通孔，所述底板上所述第一通孔的外侧设置有若干个用于与所述背部柔节连接的第一螺纹孔。

9、作为本发明的进一步改进，所述背部柔节的一端设置有用于与所述安装基板连接的法兰，所述背部柔节的另一端设置于所述周壁内；所述背部柔节内沿轴向设置有与所述第一通孔连通的第二通孔以及与所述第一螺纹孔连通的第二螺纹孔。

10、作为本发明的进一步改进，所述侧面柔性支撑组件包括与所述安装基板连接的安装支耳、与所述安装支耳连接的侧面柔节；所述侧面柔节的两端设置有注胶孔，所述侧面柔节的中部设置有供所述第二管道通过的第三通孔。

11、作为本发明的进一步改进，所述镜体的背部沿周向间隔设置有三个背部安装孔；所述镜体的侧面沿周向间隔设置有三个侧面水循环口，并与所述背部安装孔中的背部水循环口一一对应；所述水循环管道为三条，每条所述水循环管道的两端分别连通所述背部水循环口以及与所述背部水循环口对应的所述侧面水循环口。

12、作为本发明的进一步改进，相邻的所述背部安装孔之间的间隔角度为120°，相邻的所述侧面水循环口的间隔角度为120°；所述背部水循环口与其对应的所述侧面水循环口的间隔角度为180°。

13、作为本发明的进一步改进，所述镜体的材质为sic，所述镜体内部的中心区域嵌设有导热垫片，所述导热垫片设置于所述水循环管道外部靠近镜面的一侧。

14、作为本发明的进一步改进，所述水循环组件还包括与所述进出水管道连通的水冷机构、设置于所述水冷机构与所述进出水管道之间的水阀。

15、作为本发明的进一步改进，所述水冷机构包括水箱、与所述水箱和所述进出水管道连通的循环水泵、用于对所述水箱内的水温进行调节的温控系统。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本发明提供的应用于高能激光系统的水冷反射镜，通过将镜体内部的水循环管道的两端开口分别设置在镜体的背部和侧面，并在镜体背部和侧面的对应位置分别设置相应的背部柔性支撑组件和侧面柔性支撑组件，能够在保证水冷反射镜在重量和尺寸上无明显增加的条件下，利用镜体内部的水循环管道以及镜体外部的水循环组件使镜体保持最佳工作温度，同时利用背部柔性支撑组件和侧面柔性支撑组件共同对镜体本身以及进出水管道进行有效支撑，有效保障了反射镜在宽温差、复杂振动环境下的面形精度。

18、2、本发明提供的应用于高能激光系统的水冷反射镜，通过进一步对镜体结构进行优化设计，能够利用镜体内嵌入设计的导热垫片、水循环管道以及外部水循环组件的共同作用，将镜体的热量高效导出，有效提高镜体的散热能力，使镜体温度保持恒定，以保证高能激光系统长时间照射下的光束稳定性，使系统到靶功率不受影响。在此基础上，本发明通过进一步对镜体的支撑组件的结构、数量、位置进行优化设计，不仅能够对镜体本身起到稳定有效的柔性支撑，还能够对进出水管道进行有效支撑，避免为散热增加的相关结构对镜体的面形精度产生影响，且整体结构简单、安装方便、水冷反射镜整体重量和尺寸变化不大，符合小型化、轻量化的需求。

技术特征：

1.一种应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：包括镜体、安装基板、背部柔性支撑组件、侧面柔性支撑组件和水循环组件，所述镜体通过所述背部柔性支撑组件和所述侧面柔性支撑组件与所述安装基板连接；

2.根据权利要求1所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述背部柔性支撑组件包括设置于所述背部安装孔内的粘胶结构、连接所述粘胶结构与所述安装基板的背部柔节。

3.根据权利要求2所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述粘胶结构包括与所述背部安装孔的内壁相适配的周壁、设置于所述周壁内的底板；所述周壁的外侧设置有注胶槽，所述底板垂直于所述周壁的轴向；所述底板的中部设置有供所述第一管道通过的第一通孔，所述底板上所述第一通孔的外侧设置有若干个用于与所述背部柔节连接的第一螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述背部柔节的一端设置有用于与所述安装基板连接的法兰，所述背部柔节的另一端设置于所述周壁内；所述背部柔节内沿轴向设置有与所述第一通孔连通的第二通孔以及与所述第一螺纹孔连通的第二螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述侧面柔性支撑组件包括与所述安装基板连接的安装支耳、与所述安装支耳连接的侧面柔节；所述侧面柔节的两端设置有注胶孔，所述侧面柔节的中部设置有供所述第二管道通过的第三通孔。

6.根据权利要求1所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述镜体的背部沿周向间隔设置有三个背部安装孔；所述镜体的侧面沿周向间隔设置有三个侧面水循环口，并与所述背部安装孔中的背部水循环口一一对应；所述水循环管道为三条，每条所述水循环管道的两端分别连通所述背部水循环口以及与所述背部水循环口对应的所述侧面水循环口。

7.根据权利要求6所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：相邻的所述背部安装孔之间的间隔角度为120°，相邻的所述侧面水循环口的间隔角度为120°；所述背部水循环口与其对应的所述侧面水循环口的间隔角度为180°。

8.根据权利要求1所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述镜体的材质为sic，所述镜体内部的中心区域嵌设有导热垫片，所述导热垫片设置于所述水循环管道外部靠近镜面的一侧。

9.根据权利要求1所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述水循环组件还包括与所述进出水管道连通的水冷机构、设置于所述水冷机构与所述进出水管道之间的水阀。

10.根据权利要求9所述的应用于高能激光系统的水冷反射镜，其特征在于：所述水冷机构包括水箱、与所述水箱和所述进出水管道连通的循环水泵、用于对所述水箱内的水温进行调节的温控系统。

技术总结
本发明提供了一种应用于高能激光系统的水冷反射镜，涉及高能激光系统技术领域。该水冷反射镜包括镜体、安装基板、背部柔性支撑组件、侧面柔性支撑组件和水循环组件；镜体的背部设有用于安装背部柔性支撑组件的背部安装孔，背部安装孔中设有背部水循环口；镜体的侧面设有侧面水循环口，侧面柔性支撑组件设置在侧面水循环口的外侧；镜体的内部设有与背部水循环口和侧面水循环口连通的水循环管道；水循环组件包括第一管道和第二管道。通过上述方式，本发明能够在保证小型化、轻量化的同时，有效保障反射镜在宽温差、复杂振动环境下的面形精度，并解决反射镜因在长时间激光辐照下吸收热量产生热变形所导致的系统光束质量劣化和到靶功率下降的问题。

技术研发人员：李强,武春风,朱永奇,胡黎明,王玉雷,兰硕,陈国庆,吴伊玲,范利洪
受保护的技术使用者：中国航天三江集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18