一种表面电磁感应热补偿激光反射镜

本发明属于光学反射镜，涉及一种激光反射镜。

背景技术：

0、技术背景

1、激光相比普通光源单色性好、方向性好，亮度更高，获得了广泛的应用，诸如激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、lif无损检测技术等等。但更高的亮度意味着更大的热量，当激光经过反射镜反射时，由于部分能量被反射镜吸收，而且一般情况下激光的能量并非均匀分布，所以会在反射镜不同的位置处产生不同的温度梯度，从而导致镜面发生热变形。镜面的热变形将改变光束的传播方向，引起光束质量下降，因此，降低激光反射镜的热变形对于激光的应用具有重要意义。

2、为降低镜面热变形对传输过程中光束质量的影响，朱海红等人公开了一种水冷铜镜(朱海红,程祖海,余亮英等.超薄微通道水冷铜镜的结构优化设计[j].华中科技大学学报(自然科学版),2007,no.280(04):72-74.doi:10.13245/j.hust.2007.04.022.)，通过强迫水冷的方式带走反射镜所吸收的热量。只是虽然该反射镜采取部分水冷的方式，相较于传统的全部水冷方式，在一定程度上提高了镜体内温度梯度一致性，从而抵消了部分镜面热变形，但抵消程度有限，且该系统需外置水冷机，存在成本高、重量大、体积大等缺点。实际上，根据热传导基本公式δt＝q*r，如果只是提高镜体背面换热效果，即镜体的热阻r不变，由于不同位置处的激光辐照功率q不同，镜体不同位置处引入的温差δt也将不同，必然会引起镜面的热变形。由此可见，现有的水冷增强背部散热的方式难以从根源上彻底消除镜面热变形。为此，出现了一些利用结构设计来补偿镜面热变形的方法。彭玉峰公开了一种热畸变自补偿高能激光反射镜(彭玉峰.热畸变自补偿高能激光反射镜：cn201120039751.6[p].2011.02.16)，利用反射镜背部外围区域钻孔的结构设计来补偿镜面热变形，4s光照时间内补偿效果明显，但4s之内反射镜吸收的能量仅有2kj，而硅的比热容为0.985kj/kg·k，由此可知4s时候反射镜远未达到稳态，因此对于长时间光照而言该方法的效果势必要变差。聂山钧等人公开了一种热电制冷镜(聂山钧,郭劲,邵俊峰等.半导体制冷对镜面热变形影响的数值研究[j].光学学报,2015,35(01):233-238.)，通过镜体背部进行热电制冷，同时背部采用凸台式设计抵消热变形，很大程度上降低了镜面热变形，只是该文章中采用的光斑半径较大，中心能量密度低，对于中心能量密度更高的光束效果如何尚有待验证。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种电磁感应补偿式激光反射镜，利用电磁感应加热反射镜体的磁性区域进行热补偿，同时利用磁性区域材料热膨胀系数高的特点对热变形进行补偿，从而达到有效抑制镜面热变形的效果。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种电磁感应补偿式激光反射镜，包括反射镜体、电磁感应线圈、镜体固定基座、散热器、风扇、变频加热控制器、风扇电源、示温仪、热电偶、固定螺栓和卡具；所述反射镜体由磁性很弱的基体和磁性材料的表层(图2阴影区域)焊接而成，并采用周边支撑的方式固定于镜体固定基座上；所述镜体固定基座背部与散热器之间涂抹热界面材料以降低热阻，然后由固定螺栓通过四周的通孔进行连接固定；所述风扇通过两侧的卡具卡在散热器的凹槽中进行固定，并连接到风扇电源供电，在散热器底部布置热电偶并连接到示温仪以显示测量温度；所述电磁感应线圈通过卡扣固定于反射镜体的四周并连接到变频加热控制器，系统工作时，给电磁感应线圈通电，对反射镜体磁性材料区域进行加热。

4、进一步地，所述反射镜体基体采用磁性很弱的材料制作，镜面光照功率低的区域覆盖一层磁性材料，利用电磁感应加热进行热补偿，同时该磁性材料相较于基体材料具有更高的热膨胀系数，可进一步对镜面热变形进行补偿。

5、进一步地，所述散热器、固定螺栓和卡具均采用磁性很弱的材料制作，尽量降低其在电磁感应加热的过程中产热。

6、进一步地，所述镜体固定基座选用超低膨胀率且磁性很弱的材料，以便实现周边支撑的方式对反射镜体进行固定约束，固定电磁感应线圈的卡扣选用磁性很弱的材料。

7、进一步地，所述反射镜体可根据散热功率采用风冷、水冷或者相变制冷的方式进行散热。

8、本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

9、(1)本发明所采用的电磁感应补偿方式可从温度补偿和提高温度补偿区域热膨胀系数两方面有效的抑制镜面热变形。

10、(2)本发明所采用的电磁感应补偿方式可通过变频加热控制器来调节补偿功率，以便适配不同的辐照光，适用范围得到了一定程度的提升。

技术特征：

1.一种电磁感应补偿式激光反射镜，包括反射镜体(1)、电磁感应线圈(2)、镜体固定基座(3)、散热器(4)、风扇(5)、变频加热控制器(6)、风扇电源(7)、示温仪(8)、热电偶(9)、固定螺栓(10)和卡具(11)，其特征在于：所述反射镜体(1)由磁性很弱的基体和磁性材料的表层焊接而成，并采用周边支撑的方式固定于镜体固定基座(3)上；镜体固定基座(3)背部与散热器(4)之间涂抹热界面材料以降低热阻，然后由固定螺栓(10)通过四周的通孔进行固定；所述风扇(5)通过两侧的卡具(11)卡在散热器(4)的凹槽中进行固定，并连接到风扇电源(7)供电，在散热器(4)底部布置热电偶(9)并连接到示温仪(8)以显示测量温度；所述电磁感应线圈(2)通过卡扣(31)固定于反射镜体(1)的四周并连接到变频加热控制器(6)，系统工作时，给电磁感应线圈(2)通电，可对反射镜体(1)磁性材料区域进行加热。

2.根据权利要求1所述的电磁感应补偿式激光反射镜，其特征在于：反射镜体(1)基体采用磁性很弱的材料制作，镜面光照功率低的区域覆盖一层磁性材料，利用电磁感应进行加热，同时该磁性材料相较于基体材料具有更高的热膨胀系数。

3.根据权利要求1所述的电磁感应补偿式激光反射镜，其特征在于：散热器(4)、固定螺栓(10)和卡具(11)均采用磁性很弱的材料制作。

4.根据权利要求1所述的电磁感应补偿式激光反射镜，其特征在于：镜体固定基座(3)选用超低膨胀率且磁性很弱的材料，固定电磁感应线圈(2)的卡扣(31)选用磁性很弱的材料。

5.根据权利要求1所述的电磁感应补偿式激光反射镜，其特征在于：所述反射镜体(1)可根据散热功率采用风冷、水冷或者相变制冷的方式进行散热。

技术总结本发明公开了一种电磁感应补偿式激光反射镜，包括反射镜体、电磁感应线圈、镜体固定基座、散热器、风扇、变频加热控制器、风扇电源、示温仪、热电偶、固定螺栓和卡具，反射镜体基体为弱磁性材料，吸收激光功率低的镜面区域采用一层磁性材料进行电磁感应加热，同时，磁性材料具有更高的热膨胀系数，可从热补偿和非匹配的热膨胀系数两个方面同时作用来改善镜面热变形，其它部件均采用弱磁性材料降低电磁感应加热的影响。仿真结果表明，碳化硅覆铸铁的反射镜热变形量仅为碳化硅反射镜的7.45％，可有效的抑制镜面热变形，且有进一步优化的空间。本发明可用于激光光路系统中，其优点是热变形小，且可通过变频加热控制器来调节补偿功率以扩大适用范围。技术研发人员：聂山钧,王乐,苏衍峰,王义文,陈义受保护的技术使用者：中国计量大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5