多層水冷硅鏡的設(shè)計和研究.pdf

1、高能激光器如欲獲得近衍射極限的光束質(zhì)量，必須解決腔鏡熱吸收變形的技術(shù)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(diǎn)研究了腔鏡熱變形分析、多層水冷硅鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計和有限元數(shù)值模擬，并對具有直線型微溝槽流道結(jié)構(gòu)的多層水冷硅鏡進(jìn)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(yīng)盡可能采用薄鏡面的結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和總結(jié)。針對前人的不足和實際應(yīng)用特殊要求，設(shè)計出了螺旋型和直線微溝槽型兩種流道構(gòu)型的硅基水冷鏡結(jié)構(gòu)，并利用ANSYS有限元程序?qū)@兩種結(jié)構(gòu)的水冷鏡進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:相對螺旋型流道結(jié)構(gòu)的水冷鏡而言，直線型流道結(jié)構(gòu)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(dá)到了穩(wěn)態(tài)，而螺旋型流道結(jié)構(gòu)的水冷鏡則在3秒后才達(dá)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(fù)實驗三方面入手，進(jìn)一步驗證了該水冷鏡的熱變形特性。大量的臺架實驗結(jié)果和現(xiàn)場試驗結(jié)果證明，雖然直線型微溝槽流道結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jìn)