專利名稱：錐孔耦合激光鏡鏡架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光器及其系統(tǒng)中的光學(xué)元件類，主要用于激光腔鏡及導(dǎo)光系統(tǒng)中的反射鏡的鏡架。
在強(qiáng)光光學(xué)系統(tǒng)中，例如高功率激光系統(tǒng)中的鏡子，情況就不一樣了。激光鏡要受激光幅照，它吸收激光能量產(chǎn)生溫升。由于激光束光強(qiáng)在空間上分布是不均勻的，即使激光束光強(qiáng)在空間上分布是均勻的，也會因鏡子兩端面分別為受光面和背光面，鏡子各處的溫升是不同的。這將在鏡子內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，并使鏡子產(chǎn)生熱變形，如鏡子撓曲、鏡子周邊向外膨脹等。原有的夾持平衡也會被打破。如把鏡子和鏡架看成一個系統(tǒng)，在外界干擾下，新的力平衡是朝著使系統(tǒng)的彈性勢能落入極小的方向變化，鏡子和鏡架的壓帽或三個壓緊螺絲之間接觸的三點(diǎn)位置可能發(fā)生變化，鏡子就產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)。
用于高功率氣體激光器中的腔鏡還有氣密的要求，這時常在端面或側(cè)面加一橡膠密封圈。這一密封圈可緩解因壓緊壓帽或側(cè)面三螺絲對鏡子造成的壓應(yīng)力，減小鏡子變形。然而橡膠密封圈不能改變因鏡子受熱產(chǎn)生的熱變形。無論是端面緊固或側(cè)面緊固，鏡子各處及橡膠密封圈內(nèi)各處受力狀況不可能是均勻的。熱應(yīng)力造成鏡子的撓曲和不均勻膨脹仍會打破鏡子、鏡架之間力的平衡，鏡子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。在激光鏡因激光幅照下的熱變形的光學(xué)干涉法研究中，我們可以觀察到干涉條紋數(shù)的變化以及干涉條紋方向改變。
作為激光諧振腔的腔鏡，它的熱變形及偏轉(zhuǎn)都會使激光振蕩模式發(fā)生變化，從而影響到激光器的穩(wěn)定運(yùn)行。這一物理現(xiàn)象已在實(shí)踐和理論上得到了驗證。
本實(shí)用新型提出的錐孔耦合激光鏡鏡架，激光鏡位于鏡架內(nèi)，由壓緊螺絲固定，壓緊螺絲頭部為圓錐頭、呈小錐度圓臺形，激光鏡側(cè)面打三個固定孔、孔口研磨出與壓緊螺絲圓錐頭錐度相同的環(huán)帶，壓緊螺絲分別從鏡架上對應(yīng)激光鏡固定孔位置固定激光鏡。
所述的錐孔耦合激光鏡鏡架，與鏡架相配用的圓形激光鏡側(cè)面120°均布打三個固定孔，壓緊螺絲從鏡架上120°均布固定激光鏡。
所述的錐孔耦合激光鏡鏡架，與鏡架相配用的方形激光鏡頂面打一固定孔，底面打兩個固定孔，壓緊螺絲在鏡架上分別從頂面和底面固定激光鏡。
本實(shí)用新型的錐孔耦合激光鏡鏡架之所以能解決鏡子因受熱偏轉(zhuǎn)問題的原理如圖5所示。壓緊螺絲的圓錐頭對鏡子的壓力F可分解為沿徑向的力F//和沿鏡子切線方向的力F⊥。對于小錐度的設(shè)計，例如1∶10的錐度，由螺絲加于鏡子上的徑向壓力F//僅為 ，而切向壓力F⊥是施加在孔口這一環(huán)帶上，這時將分散到環(huán)帶上若干點(diǎn)上(理想的情況是整個環(huán)帶)它占 。與普通的側(cè)面壓緊的鏡架相比，普通的鏡架上螺絲施于鏡子的壓力F全部加在與鏡子接觸的那一點(diǎn)上，且全部是朝徑向施力。所以它不能用太大的力去壓緊鏡子，否則鏡子將嚴(yán)重?fù)锨冃?。因此鏡子與壓緊螺絲之間的靜摩擦力不大，一旦鏡子產(chǎn)生熱變形，就可能產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。而錐孔耦合鏡架上，大部分力施加在鏡子切線方向上，且分布于環(huán)帶上若干點(diǎn)上，因此可以加大外力，提高靜摩擦力。鏡子就不易因熱變形而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。另一方面，錐孔耦合方式遠(yuǎn)比三點(diǎn)夾持方式對鏡子定位精確穩(wěn)定。
在鏡子熱變形的干涉法實(shí)驗研究中對使用普通鏡架和錐孔耦合鏡架兩種情況下作了對比試驗。以相同的硅鏡吸收相同的激光功率(140W)，觀察干涉條紋數(shù)和干涉條紋方向的變化。10秒后，用普通鏡架夾持的鏡子，其干涉條紋增加了4條，干涉條紋方向也轉(zhuǎn)了30度左右。而用錐孔耦合鏡架夾持的鏡子，不僅干涉條紋方向不變，干涉條紋數(shù)也沒有增加。
附

圖1現(xiàn)有的端面壓緊鏡架，其中1為鏡架、2為壓緊螺絲(帽)、3為激光鏡。
附圖2現(xiàn)有的側(cè)面壓緊鏡架，其中1為鏡架、2為壓緊螺絲、3為激光鏡。
附圖3本實(shí)用新型圓形鏡錐孔耦合鏡架附圖4本實(shí)用新型方形鏡錐孔耦合鏡架附圖5錐孔耦合激光鏡架原理圖圖4所示為方形激光鏡3，其頂面和底面有三個固定孔，由壓緊螺絲2從鏡架上固定。
權(quán)利要求1.一種錐孔耦合激光鏡鏡架，激光鏡位于鏡架內(nèi)，由壓緊螺絲固定，其特征在于壓緊螺絲頭部為圓錐頭、呈小錐度圓臺形，激光鏡側(cè)面打三個固定孔、孔口研磨出與壓緊螺絲圓錐頭錐度相同的環(huán)帶，壓緊螺絲分別從鏡架上對應(yīng)激光鏡固定孔位置固定激光鏡。
2.如權(quán)利1要求1所述的錐孔耦合激光鏡鏡架，其特征在于與鏡架相配用的圓形激光鏡側(cè)面120°均布打三個固定孔，壓緊螺絲從鏡架上120°均布固定激光鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的錐孔耦合激光鏡鏡架，其特征在于與鏡架相配用的方形激光鏡頂面打一固定孔，底面打兩個固定孔，壓緊螺絲在鏡架上分別從頂面和底面固定激光鏡。
專利摘要一種錐孔耦合激光鏡鏡架,屬于激光器及其系統(tǒng)中的光學(xué)元件類,主要用于激光腔鏡及導(dǎo)光系統(tǒng)中反射鏡的鏡架,激光鏡位于鏡架內(nèi),由壓緊螺絲固定,壓緊螺絲頭部為圓錐頭,呈小錐度圓臺形,激光鏡側(cè)面打三個固定孔,孔口研磨出與壓緊螺絲圓錐頭錐度相同的環(huán)帶,壓緊螺絲分別從鏡架上對應(yīng)激光鏡固定孔位置固定激光鏡。使用這種鏡架可以克服因熱變形造成鏡子的偏轉(zhuǎn),使激光器運(yùn)行的穩(wěn)定性得到明顯的提高。
文檔編號H01S3/02GK2519499SQ01273469
公開日2002年10月30日 申請日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者張耀寧 申請人:華中科技大學(xué)