高功率激光反射鏡熱變形補償?shù)膶嶒炑芯?/h1>
2015-11-25 01:36:47劉海勇劉麗娜但勇軍安振杰張曉衛(wèi)張志忠
激光與紅外 2015年10期
劉海勇,劉麗娜,但勇軍,安振杰,張曉衛(wèi),張志忠
(核工業(yè)理化工程研究院 激光技術(shù)研究所,天津 300180)
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·激光應(yīng)用技術(shù)·
高功率激光反射鏡熱變形補償?shù)膶嶒炑芯?/p>
劉海勇,劉麗娜,但勇軍,安振杰,張曉衛(wèi),張志忠
(核工業(yè)理化工程研究院 激光技術(shù)研究所,天津 300180)
研制了一套由環(huán)形半導體溫控片、半導體溫控片溫度施加機構(gòu)和溫度控制電路組成的反射鏡變形動態(tài)補償系統(tǒng)。圓形反射鏡在環(huán)形溫度控制下,產(chǎn)生曲率可變的內(nèi)凹或外凸球面變形,由此補償激光反射鏡自身熱變形或激光系統(tǒng)中透射元件熱變形產(chǎn)生的離焦量。采用口徑為50 mm,厚度為10 mm平面反射鏡進行了“施溫-變形”以及“輻照—施溫-變形”實驗,利用干涉儀對面形進行監(jiān)測。獲得了溫度-面形變化曲線,鏡體中心位移和溫度保持線性關(guān)系,在50 ℃溫度下,中心最大變形量超過2.5 μm,溫度-變形系數(shù)為0.088 μm/℃。在激光功率162 W輻照下,反射鏡的熱變形補償量由0.3 μm減小到0.08 μm,對系統(tǒng)中透射元件的熱變形量從0.28 μm補償至0.066 μm。
高功率激光；離焦量；熱變形；熱補償
1 引 言
隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展,激光器的功率越來越高,連續(xù)作用時間越來越長。高功率激光輻照反射鏡,反射鏡基體及其薄膜表面吸收激光能量,鏡面發(fā)生熱變形。在復雜強激光長距離傳輸系統(tǒng)中,作為導光用的反射鏡在光學傳輸鏈中被大量使用,這些反射鏡需要承受幾十kW/cm2的功率密度。理論和實驗研究[1-6]表明,這樣高的功率密度會引起單個反射鏡光照區(qū)域中心凸起的變形；尤其在由數(shù)十甚至數(shù)百個反射鏡組成的光學傳輸鏈中,多個反射鏡表面變形的疊加作用,會造成激光系統(tǒng)的光斑畸變,能量分布不均勻,光束質(zhì)量顯著下降,難以實現(xiàn)高功率激光的遠距離傳輸。
減小反射鏡熱變形,主要有以下幾種辦法:①材料方面的優(yōu)化,選用超低熱膨脹材料,目前比較好的材料是單晶硅,碳化硅。但這些材料仍無法使光束質(zhì)量維持在5倍衍射極限以下。②鏡體結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化,彭玉峰等開展了熱畸變自補償反射鏡的研究[7-8],在反射鏡背面圍繞光斑區(qū)域開多個小孔,讓光斑區(qū)域鏡面發(fā)生微小熱平移,而不引起整體光束相位熱畸變。但利用這種結(jié)構(gòu)只能對指定性能的激光產(chǎn)生的熱畸變進行固定補償,當激光的能量或者光斑尺寸在實際應(yīng)用中改變時,無法進行實時補償。③采用反射鏡水冷技術(shù)[9-10],但系統(tǒng)復雜,造價昂貴,同時存在一些加工技術(shù)尚未解決,并不成熟。
基于上述研究,本文設(shè)計制作了一套反射鏡熱變形動態(tài)補償系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用環(huán)形半導體溫控片對反射鏡未鍍膜面進行溫度控制,令反射鏡產(chǎn)生曲率可變的內(nèi)凹或外凸變形,以此補償反射鏡自身熱變形或激光系統(tǒng)中透射元件熱變形產(chǎn)生的離焦量,建立了熱變形補償系統(tǒng)測試平臺,并實驗驗證了該系統(tǒng)的補償效果。
2 反射鏡熱補償結(jié)構(gòu)
反射鏡熱補償結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括殼體,殼體內(nèi)部形成有階梯通孔,左端形成通光孔,右端形成背光孔,通光孔的孔徑由反射鏡的直徑確定,背光孔的孔徑由激光輻照光斑直徑確定,在階梯通孔內(nèi)由右至左安裝有環(huán)形半導體溫控片、環(huán)形紫銅片、環(huán)形銀箔片、反射鏡和壓圈。環(huán)形半導體溫控片、環(huán)形紫銅片、環(huán)形銀箔內(nèi)外徑相等,其內(nèi)徑和背光孔的孔徑相等。在靠近背光孔一側(cè)的殼體內(nèi)壁中形成U水道,在環(huán)形紫銅片的外圓厚度方向有凹槽,在凹槽內(nèi)安裝熱電偶,恒溫控制裝置的控制線分別與環(huán)形半導體溫控片和熱電偶的信號線連通。反射鏡,一面拋光,另一面鍍高反射膜,拋光一側(cè)靠近環(huán)形銀箔片,壓圈與殼體螺紋連接壓緊反射鏡鍍有反射膜的一側(cè)。半導溫控片在恒溫控制器作用下對反射鏡進行溫度控制,反射鏡徑向產(chǎn)生溫度梯度,鏡面發(fā)生內(nèi)凹或外凸變形。
圖1 補償結(jié)構(gòu)示意圖
3 實 驗
3.1 鏡體溫度變形實驗
本文使用直徑為50 mm,厚度為10 mm的Bk7反射鏡進行溫度-變形實驗,補償機構(gòu)如圖1,環(huán)形半導體溫控片的型號為TEC1-12715-HTS,外環(huán)直徑44 mm,內(nèi)環(huán)直徑20 mm,厚度3 mm,制冷片環(huán)形面平面度公差為0.01 mm,環(huán)形面和反射鏡拋光面之間有一層銦箔,保證反射鏡拋光面均勻受熱,自行研制的半導體溫控片恒溫控制器,0～100 ℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定控溫,溫度調(diào)節(jié)精度為±0.1 ℃。面形檢測儀器為ZYGO GPI XP/D激光平面干涉儀。
未加溫時,室溫24 ℃,將恒溫控制器設(shè)定到某一溫度,環(huán)形溫控片從開始工作到溫度穩(wěn)定在設(shè)定值需3 min左右,當溫度達設(shè)定值后,10 min內(nèi)達到熱平衡,反射鏡的變形基本穩(wěn)定,使用干涉儀測量軟件采集此刻反射鏡的面形。每隔12 min增加4 ℃,直到52 ℃。
反射鏡表面變形如圖2所示,圖2(a),(b)分別為恒溫控制器設(shè)定在24 ℃,32 ℃,40 ℃,48 ℃時,干涉儀得到的干涉條紋和反射鏡x方向的剖面曲線,坐標以波長形式給出(λ=0.633 μm),從圖中看出隨著環(huán)形溫控片溫度的增加,干涉條紋為較理想的圓形,說明反射鏡鏡體受熱后溫度分布較均勻,反射面為明顯的內(nèi)凹球面變形。
圖2 反射鏡加溫表面形變測量結(jié)果
反射面變形在此用Power值,表示鏡面的中心點位移,以波長為單位,溫度-中心點位移關(guān)系由圖3給出。實驗結(jié)果表明溫度和中心點位移基本為線性關(guān)系。實驗測得溫度變形系數(shù)為0.139λ/℃(0.088 μm/℃)。
圖3 中心位移和溫度關(guān)系
3.2 反射鏡熱變形自補償
反射鏡熱變形自補償實驗裝置如圖4所示,實驗采用自行研制的重復頻率10 kHz、波長532 nm、脈寬50 ns的200 W級固體激光器,固體激光經(jīng)耦合透鏡耦合進入高能光纖,從光纖出射的激光再經(jīng)整形透鏡組傳輸整形后以小角度輻照反射鏡中心,光斑直徑15 mm,激光器輸出功率密度為高斯分布。對于不同激光功率照射下的反射鏡,利用干涉儀測量出反射鏡熱變形的峰谷值；根據(jù)測量的反射鏡熱變形調(diào)節(jié)環(huán)形半導體溫控片的溫度使反射鏡非光照區(qū)域的溫度發(fā)生相應(yīng)的變化,通過干涉儀實時觀測補償效果。
圖4 激光輻照反射鏡面形測量裝置
未加溫,激光輻照功率162 W時,反射鏡PV值為0.545λ(0.345 μm),環(huán)形半導體溫控片加溫到30 ℃時為0.1 μm,35 ℃時為0.08 μm,這一畸變量可以滿足實際激光系統(tǒng)的需要(小于0.15 μm),圖5給出了激光輻照下反射鏡補償前后的面形。從圖中可以看出,反射鏡吸熱產(chǎn)生的外凸變形與反射鏡鏡體加溫產(chǎn)生的內(nèi)凹變形有相互補償?shù)淖饔?從而驗證該方法的可行性。
圖5 激光輻照功率162 W時加溫前后反射鏡表面形變的測量結(jié)果
3.3 激光系統(tǒng)透射元件熱變形補償
光學窗口在激光系統(tǒng)中作為透射式元件大量使用,在圖4實驗光路中,變形反射鏡前加入光學窗口,進行了反射鏡變形系統(tǒng)對光學窗口熱變形的補償實驗,實驗裝置如圖6所示。利用干涉儀測量出窗口熱變形的峰谷值；根據(jù)窗口變形量調(diào)節(jié)環(huán)形半導體溫控片的溫度使反射鏡發(fā)生外凸變形,通過干涉儀實時觀測補償效果。
圖6 激光輻照光學窗口系統(tǒng)波前測量裝置
未加溫(室溫24 ℃),激光輻照功率162 W時,窗口PV值為0.45λ(0.28 μm),環(huán)形半導體溫控片溫度為18 ℃時,系統(tǒng)波前PV值為0.104λ(0.066 μm)。圖7給出了激光輻照下變形反射鏡對系統(tǒng)中透射光學窗口熱變形補償前后的面形。從圖中可以看出,窗口吸熱產(chǎn)生的內(nèi)凹變形與反射鏡鏡體降溫產(chǎn)生的外凸變形相互補償,窗口熱變形基本抵消,驗證了該方法對激光系統(tǒng)透射元件熱變形補償?shù)目尚行浴?/p>
圖7 激光輻照功率162 W時變形反射鏡溫度變化前后系統(tǒng)波前形變的測量結(jié)果
4 結(jié) 論
本文設(shè)計了可用于高功率激光反射鏡的熱變形補償系統(tǒng),通過環(huán)形溫度作用于反射鏡上,引起反射表面內(nèi)凹或外凸形變,補償激光輻照產(chǎn)生的離焦量。對口徑50 mm,厚度10 mm的反射鏡進行了溫度-表面變形實驗以及輻照-溫度-變形實驗,獲得了溫度-中心變形系數(shù)為0.139λ/℃(0.088 μm/℃)。實驗研究表明該系統(tǒng)可以補償反射鏡自身熱變形和激光系統(tǒng)透射元件熱變形產(chǎn)生的離焦項并能產(chǎn)生較好的球面。同時該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、通用性強,若將該系統(tǒng)插入到長距離激光傳輸系統(tǒng)中,能有效補償或消除光學元件熱變形的疊加作用。下一步將該系統(tǒng)用于實際的激光長距離傳輸系統(tǒng),結(jié)合實際使用環(huán)境研究反射鏡補償系統(tǒng)的動態(tài)控制問題,達到提高系統(tǒng)光束質(zhì)量的目的。
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Experimental research on thermal deformation compensation of high-power laser mirrors
LIU Hai-yong,LIU Li-na,DAN Yong-jun,AN Zhen-jie,ZHANG Xiao-wei,ZHANG Zhi-zhong
(Research Institute of Laser Technology,Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry,Tianjin 300180,China)
A compensation system of mirror deformation is developed,and it is composed of an annular TEC,temperature force components and a control circuit.Under the effect of annular temperature,the mirror produces inner concave or external convex spherical deformation,which can compensate the defocusing amount brought by the thermal deformation of the mirror itself or transmission optical element in laser system.The experiments of temperature-deformation and laser irradiation-temperature-deformation are conducted by using a flat mirror with the diameter of 50mm and the thickness of 10mm,and a interferometer is used to monitor the surface deformation.The temperature-deformation curve is obtained;it shows the central displacement of mirror varies with the temperature linearly.The coefficient of temperature-central displacement is 0.088μm/℃,and the central displacement is over 2.5μm under 50 ℃。When 162W laser is input in the mirror,self-compensation of thermal distortions of the mirror reduces from 0.3μm to 0.08μm;the thermal deformation of transmission optical element reduces from 0.28μm to 0.066μm.
high power laser;defocusing amount;thermal deformation;thermal compensation
1001-5078(2015)10-1184-05
劉海勇(1975-),男,本科,副研究員,主要從事激光光學薄膜元件檢測以及激光傳輸方面的研究。E-mail：lhy1717@eyou.com
劉麗娜(1977-),女,碩士,高級工程師,主要從事激光光學薄膜元件檢測以及激光傳輸方面的研究。E-mail：liulinaflysnow@aliyun.com
2015-02-12;
2015-03-23
TN248.1
A
10.3969/j.issn.1001-5078.2015.10.008
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劉海勇,劉麗娜,但勇軍,安振杰,張曉衛(wèi),張志忠
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·激光應(yīng)用技術(shù)·
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劉海勇,劉麗娜,但勇軍,安振杰,張曉衛(wèi),張志忠
(核工業(yè)理化工程研究院 激光技術(shù)研究所,天津 300180)
研制了一套由環(huán)形半導體溫控片、半導體溫控片溫度施加機構(gòu)和溫度控制電路組成的反射鏡變形動態(tài)補償系統(tǒng)。圓形反射鏡在環(huán)形溫度控制下,產(chǎn)生曲率可變的內(nèi)凹或外凸球面變形,由此補償激光反射鏡自身熱變形或激光系統(tǒng)中透射元件熱變形產(chǎn)生的離焦量。采用口徑為50 mm,厚度為10 mm平面反射鏡進行了“施溫-變形”以及“輻照—施溫-變形”實驗,利用干涉儀對面形進行監(jiān)測。獲得了溫度-面形變化曲線,鏡體中心位移和溫度保持線性關(guān)系,在50 ℃溫度下,中心最大變形量超過2.5 μm,溫度-變形系數(shù)為0.088 μm/℃。在激光功率162 W輻照下,反射鏡的熱變形補償量由0.3 μm減小到0.08 μm,對系統(tǒng)中透射元件的熱變形量從0.28 μm補償至0.066 μm。
高功率激光；離焦量；熱變形；熱補償
1 引 言
隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展,激光器的功率越來越高,連續(xù)作用時間越來越長。高功率激光輻照反射鏡,反射鏡基體及其薄膜表面吸收激光能量,鏡面發(fā)生熱變形。在復雜強激光長距離傳輸系統(tǒng)中,作為導光用的反射鏡在光學傳輸鏈中被大量使用,這些反射鏡需要承受幾十kW/cm2的功率密度。理論和實驗研究[1-6]表明,這樣高的功率密度會引起單個反射鏡光照區(qū)域中心凸起的變形；尤其在由數(shù)十甚至數(shù)百個反射鏡組成的光學傳輸鏈中,多個反射鏡表面變形的疊加作用,會造成激光系統(tǒng)的光斑畸變,能量分布不均勻,光束質(zhì)量顯著下降,難以實現(xiàn)高功率激光的遠距離傳輸。
減小反射鏡熱變形,主要有以下幾種辦法:①材料方面的優(yōu)化,選用超低熱膨脹材料,目前比較好的材料是單晶硅,碳化硅。但這些材料仍無法使光束質(zhì)量維持在5倍衍射極限以下。②鏡體結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化,彭玉峰等開展了熱畸變自補償反射鏡的研究[7-8],在反射鏡背面圍繞光斑區(qū)域開多個小孔,讓光斑區(qū)域鏡面發(fā)生微小熱平移,而不引起整體光束相位熱畸變。但利用這種結(jié)構(gòu)只能對指定性能的激光產(chǎn)生的熱畸變進行固定補償,當激光的能量或者光斑尺寸在實際應(yīng)用中改變時,無法進行實時補償。③采用反射鏡水冷技術(shù)[9-10],但系統(tǒng)復雜,造價昂貴,同時存在一些加工技術(shù)尚未解決,并不成熟。
基于上述研究,本文設(shè)計制作了一套反射鏡熱變形動態(tài)補償系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用環(huán)形半導體溫控片對反射鏡未鍍膜面進行溫度控制,令反射鏡產(chǎn)生曲率可變的內(nèi)凹或外凸變形,以此補償反射鏡自身熱變形或激光系統(tǒng)中透射元件熱變形產(chǎn)生的離焦量,建立了熱變形補償系統(tǒng)測試平臺,并實驗驗證了該系統(tǒng)的補償效果。
2 反射鏡熱補償結(jié)構(gòu)
反射鏡熱補償結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括殼體,殼體內(nèi)部形成有階梯通孔,左端形成通光孔,右端形成背光孔,通光孔的孔徑由反射鏡的直徑確定,背光孔的孔徑由激光輻照光斑直徑確定,在階梯通孔內(nèi)由右至左安裝有環(huán)形半導體溫控片、環(huán)形紫銅片、環(huán)形銀箔片、反射鏡和壓圈。環(huán)形半導體溫控片、環(huán)形紫銅片、環(huán)形銀箔內(nèi)外徑相等,其內(nèi)徑和背光孔的孔徑相等。在靠近背光孔一側(cè)的殼體內(nèi)壁中形成U水道,在環(huán)形紫銅片的外圓厚度方向有凹槽,在凹槽內(nèi)安裝熱電偶,恒溫控制裝置的控制線分別與環(huán)形半導體溫控片和熱電偶的信號線連通。反射鏡,一面拋光,另一面鍍高反射膜,拋光一側(cè)靠近環(huán)形銀箔片,壓圈與殼體螺紋連接壓緊反射鏡鍍有反射膜的一側(cè)。半導溫控片在恒溫控制器作用下對反射鏡進行溫度控制,反射鏡徑向產(chǎn)生溫度梯度,鏡面發(fā)生內(nèi)凹或外凸變形。
圖1 補償結(jié)構(gòu)示意圖
3 實 驗
3.1 鏡體溫度變形實驗
本文使用直徑為50 mm,厚度為10 mm的Bk7反射鏡進行溫度-變形實驗,補償機構(gòu)如圖1,環(huán)形半導體溫控片的型號為TEC1-12715-HTS,外環(huán)直徑44 mm,內(nèi)環(huán)直徑20 mm,厚度3 mm,制冷片環(huán)形面平面度公差為0.01 mm,環(huán)形面和反射鏡拋光面之間有一層銦箔,保證反射鏡拋光面均勻受熱,自行研制的半導體溫控片恒溫控制器,0～100 ℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定控溫,溫度調(diào)節(jié)精度為±0.1 ℃。面形檢測儀器為ZYGO GPI XP/D激光平面干涉儀。
未加溫時,室溫24 ℃,將恒溫控制器設(shè)定到某一溫度,環(huán)形溫控片從開始工作到溫度穩(wěn)定在設(shè)定值需3 min左右,當溫度達設(shè)定值后,10 min內(nèi)達到熱平衡,反射鏡的變形基本穩(wěn)定,使用干涉儀測量軟件采集此刻反射鏡的面形。每隔12 min增加4 ℃,直到52 ℃。
反射鏡表面變形如圖2所示,圖2(a),(b)分別為恒溫控制器設(shè)定在24 ℃,32 ℃,40 ℃,48 ℃時,干涉儀得到的干涉條紋和反射鏡x方向的剖面曲線,坐標以波長形式給出(λ=0.633 μm),從圖中看出隨著環(huán)形溫控片溫度的增加,干涉條紋為較理想的圓形,說明反射鏡鏡體受熱后溫度分布較均勻,反射面為明顯的內(nèi)凹球面變形。
圖2 反射鏡加溫表面形變測量結(jié)果
反射面變形在此用Power值,表示鏡面的中心點位移,以波長為單位,溫度-中心點位移關(guān)系由圖3給出。實驗結(jié)果表明溫度和中心點位移基本為線性關(guān)系。實驗測得溫度變形系數(shù)為0.139λ/℃(0.088 μm/℃)。
圖3 中心位移和溫度關(guān)系
3.2 反射鏡熱變形自補償
反射鏡熱變形自補償實驗裝置如圖4所示,實驗采用自行研制的重復頻率10 kHz、波長532 nm、脈寬50 ns的200 W級固體激光器,固體激光經(jīng)耦合透鏡耦合進入高能光纖,從光纖出射的激光再經(jīng)整形透鏡組傳輸整形后以小角度輻照反射鏡中心,光斑直徑15 mm,激光器輸出功率密度為高斯分布。對于不同激光功率照射下的反射鏡,利用干涉儀測量出反射鏡熱變形的峰谷值；根據(jù)測量的反射鏡熱變形調(diào)節(jié)環(huán)形半導體溫控片的溫度使反射鏡非光照區(qū)域的溫度發(fā)生相應(yīng)的變化,通過干涉儀實時觀測補償效果。
圖4 激光輻照反射鏡面形測量裝置
未加溫,激光輻照功率162 W時,反射鏡PV值為0.545λ(0.345 μm),環(huán)形半導體溫控片加溫到30 ℃時為0.1 μm,35 ℃時為0.08 μm,這一畸變量可以滿足實際激光系統(tǒng)的需要(小于0.15 μm),圖5給出了激光輻照下反射鏡補償前后的面形。從圖中可以看出,反射鏡吸熱產(chǎn)生的外凸變形與反射鏡鏡體加溫產(chǎn)生的內(nèi)凹變形有相互補償?shù)淖饔?從而驗證該方法的可行性。
圖5 激光輻照功率162 W時加溫前后反射鏡表面形變的測量結(jié)果
3.3 激光系統(tǒng)透射元件熱變形補償
光學窗口在激光系統(tǒng)中作為透射式元件大量使用,在圖4實驗光路中,變形反射鏡前加入光學窗口,進行了反射鏡變形系統(tǒng)對光學窗口熱變形的補償實驗,實驗裝置如圖6所示。利用干涉儀測量出窗口熱變形的峰谷值；根據(jù)窗口變形量調(diào)節(jié)環(huán)形半導體溫控片的溫度使反射鏡發(fā)生外凸變形,通過干涉儀實時觀測補償效果。
圖6 激光輻照光學窗口系統(tǒng)波前測量裝置
未加溫(室溫24 ℃),激光輻照功率162 W時,窗口PV值為0.45λ(0.28 μm),環(huán)形半導體溫控片溫度為18 ℃時,系統(tǒng)波前PV值為0.104λ(0.066 μm)。圖7給出了激光輻照下變形反射鏡對系統(tǒng)中透射光學窗口熱變形補償前后的面形。從圖中可以看出,窗口吸熱產(chǎn)生的內(nèi)凹變形與反射鏡鏡體降溫產(chǎn)生的外凸變形相互補償,窗口熱變形基本抵消,驗證了該方法對激光系統(tǒng)透射元件熱變形補償?shù)目尚行浴?/p>
圖7 激光輻照功率162 W時變形反射鏡溫度變化前后系統(tǒng)波前形變的測量結(jié)果
4 結(jié) 論
本文設(shè)計了可用于高功率激光反射鏡的熱變形補償系統(tǒng),通過環(huán)形溫度作用于反射鏡上,引起反射表面內(nèi)凹或外凸形變,補償激光輻照產(chǎn)生的離焦量。對口徑50 mm,厚度10 mm的反射鏡進行了溫度-表面變形實驗以及輻照-溫度-變形實驗,獲得了溫度-中心變形系數(shù)為0.139λ/℃(0.088 μm/℃)。實驗研究表明該系統(tǒng)可以補償反射鏡自身熱變形和激光系統(tǒng)透射元件熱變形產(chǎn)生的離焦項并能產(chǎn)生較好的球面。同時該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、通用性強,若將該系統(tǒng)插入到長距離激光傳輸系統(tǒng)中,能有效補償或消除光學元件熱變形的疊加作用。下一步將該系統(tǒng)用于實際的激光長距離傳輸系統(tǒng),結(jié)合實際使用環(huán)境研究反射鏡補償系統(tǒng)的動態(tài)控制問題,達到提高系統(tǒng)光束質(zhì)量的目的。
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Experimental research on thermal deformation compensation of high-power laser mirrors
LIU Hai-yong,LIU Li-na,DAN Yong-jun,AN Zhen-jie,ZHANG Xiao-wei,ZHANG Zhi-zhong
(Research Institute of Laser Technology,Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry,Tianjin 300180,China)
A compensation system of mirror deformation is developed,and it is composed of an annular TEC,temperature force components and a control circuit.Under the effect of annular temperature,the mirror produces inner concave or external convex spherical deformation,which can compensate the defocusing amount brought by the thermal deformation of the mirror itself or transmission optical element in laser system.The experiments of temperature-deformation and laser irradiation-temperature-deformation are conducted by using a flat mirror with the diameter of 50mm and the thickness of 10mm,and a interferometer is used to monitor the surface deformation.The temperature-deformation curve is obtained;it shows the central displacement of mirror varies with the temperature linearly.The coefficient of temperature-central displacement is 0.088μm/℃,and the central displacement is over 2.5μm under 50 ℃。When 162W laser is input in the mirror,self-compensation of thermal distortions of the mirror reduces from 0.3μm to 0.08μm;the thermal deformation of transmission optical element reduces from 0.28μm to 0.066μm.
high power laser;defocusing amount;thermal deformation;thermal compensation
1001-5078(2015)10-1184-05
劉海勇(1975-),男,本科,副研究員,主要從事激光光學薄膜元件檢測以及激光傳輸方面的研究。E-mail：lhy1717@eyou.com
劉麗娜(1977-),女,碩士,高級工程師,主要從事激光光學薄膜元件檢測以及激光傳輸方面的研究。E-mail：liulinaflysnow@aliyun.com
2015-02-12;
2015-03-23
TN248.1
A
10.3969/j.issn.1001-5078.2015.10.008
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