Охлаждаемое лазерное зеркало Советский патент 1992 года по МПК G02B5/08 

Изобретение относится к лазерной технике, к силовой оптике мощных лазерных установок.

Известны многочисленные конструкции охлаждаемых лазерных зеркал, содержащие корпус, отражающий металлический слой, подложку, в которой выполнены каналы для подвода и отвода хладагента.

Недостатком таких конструкций является наличие ограничения по снимаемому тепловому потоку, часто не удовлетворяющее разработчиков мощных лазеров. Увеличить коэффициент теплоотдачи можно либо увеличивая скорость течения хладагента, либо уменьшая сечение канала. И то и другое увеличивает перепад давления хладагента, что нежелательно вследствие возможных деформаций зеркала. Для решения задачи необходимо резкое увеличение поверхности, с которой осуществляется теплосъем.

Это достигается применением в качестве подложки зеркала пористых структур.

Известны конструкции зеркал, содержащие корпус, отражающий слой, подложку, систему подвода-отвода хладагента, в котором подложка выполнена из пористого материала. Основной трудностью, при создании таких зеркал является обеспечение интенсивного и равномерного по площади зеркала теплоотвода от отражающего слоя, выполненного из компактного материала, в пористую подложку. Этот теплоотвод осуществляется в основном за счет теплопроводности, поэтому тепловое сопротивление зоны контакта должно быть минимально возможным. Недостатком известных конструкций охлаждаемых зеркал является отсутствие в них конструктивно-технологических решений, гарантирующих выполнение указанной задачи.

(Л СП

го

Сл)

сь

Целью изобретения является увеличе- ние стабильности формы зеркала и увеличение ресурса работы за счет снижения термодеформаций отражающего слоя при интенсивных поглощенных тепловых потоках (порядка 0,5 -1 кВт/см ).

Для достижения казанной цели в известной конструкции охлаждаемого зеркала, содержащей корпус, отражающий металлический слой, пористую подложку и систему подвода-отвода хладагента, пористая подложки выполнена из материала МР (метал- лорезина), а между ней и отражающим слоем (из компактного металла) установлен промежуточный слой из того же вещества, что и отражающий слой, причем толщина промежуточного слоя д и диаметр d проволочной спирали материала МР связаны со- d (4-лг)

отношением 6

8

, а объемная

пористость промежуточного слоя меньше чем у nopncYou подложки. Отражающий слой, промежуточный слой и пористая подложка соединены между собой посредством диффузионной сварки в вакууме.

Выбор материала МР для пористой подложки обеспечивает благодаря механическим свойствам МР (легкость получения упругопластичных деформаций) при приложении небольшого давления хороший контакт с промежуточным слоем при сохранении необходимой для охлаждения зеркала объемной пористости. Кроме того, материал МР технологичен, не требует для своего создания специализированных производств и тем самым облегчает изготовление охлаждаемых зеркал.а

После проведения операции прессования на поверхности материала МР имеются неоднородности, которые определяются диаметром проволочной спирали d, из которой выполнена МР. Поэтому прямое соединение МР с компактным отражающим слоем дает точечные контакты, суммарная площадь которых недостаточна для эффективного отвода тепла в пористую подложку. Установка между подложкой и компактным материалом промежуточного слоя резко увеличивает площадь контактов. Объем пористого слоя расчитан так, чтобы при соединении с подложкой этот слой заполнял неровности ее поверхности, дополняя ее до плоскости. Поэтому толщина этого слоя 5 связана с диаметром проволочной спирали d указанным соотношением, которое получается исходя из геометрии контакта поверхности МР в виде плотно уложенных спиралей диаметра d с плоским отражающим слоем. Увеличение д от расчетного

значения приводит к дополнительному (и нежелательному) перепаду температур по толщине зеркала, а уменьшение снижает площадь контактов, что также ведет к росту температуры на поверхности зеркала.

Поверхность контакта подложки с отражающим слоем увеличивается при наличии промежуточного слоя в силу его меньшей, чем у подложки объемной пористости.

0 Отражающий слой, промежуточный слой и подложка соединены между собой посредством диффузионной сварки в вакууме. После операции сварки промежуточный слой и подложка иеют существенно боль5 шую, чем в начальном состоянии прочность и теплопроводность, что необходимо для функционирования зеркала.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого охлаждаемого зеркала.

0 Охлаждаемое лазерное зеркало содержит корпус 1, отражающий металлический слой 2 из компактного материала, соединенный посредством диффузионной сварки с пористым промежуточным слоем 3 из того

5 же вещества, что и отражающий слой 2Г который в свою очередь диффузионно приварен к пористой подложке 4, имеющей большую объемную пористость, чем промежуточный слой 3. В корпусе 1 размещена

0 система 5 подвода и- отвода хладагента к пористой подложке 4.

При подаче охлаждающей жидкости во входной коллектор охлаждаемого зеркала она через каналы системы подвода хлада5 гента, расположенные равномерно по площади зеркала, поступает в пористую подложку 4 и промежуточный слой 3, в которые с другой стороны подводится за счет теплопроводности тепловой поток от отра0 жающего слоя 2.

Теплосьем осуществляется на развитой поверхности пористой структуры. Нагретый хладагент выводится из зеркала через пористую подложку 4 и каналы системы 5 отвода

5 хладагента.

Испытания модели предлагаемого охлаждаемого зеркала в лазерном луче показали, что оно остается работоспособным (термодеформации зеркальной поверхно0 сти остаются в пределах нормы) при тепловых потоках в 2-3 раза выше, чем для зеркал известных конструкций.

Формула изобретения Охлаждаемое лазерное зеркало, содер5 жэщее корпус, отражающий металлический слой, пористую подложку, систему подвода и отвода хладагента, отличающееся тем, что, с целью улучшения стабильности формы зеркала и увеличения ресурса его работы за счет снижения термодеформаций

отражающего слоя при интенсивных тепловых потоках, подложка выполнена из метал- лорезины, а между отражающим слоем и подложкой расположен промежуточный пористый слой из того же вещества, что и от- ражающий слой, и обьемной пористостью меньшей, чем у материала подложки, причем толщина промежуточного слоя ( 6) и диаметр (d) проволочной спирали металло- резины связаны соотношением

. d (А-л)/ О .

Изобретение относится к лазерной технике. Целью изобретения является увеличение стабильности зеркала и увеличение ресурса работы за счет снижения термодеформаций отражающего слоя при интенсивных поглощенных тепловых потоках порядка 0,5-1 Вт/см2. Использование: в мощных лазерных установках. Сущность изобретения: зеркало содержит корпус, отражающий металлический слой из компактного материала, соединенный посредством диффузионной сварки с пористым промежуточным слоем из того же вещества, что и отражающий слой, который диффузионно сварен с пористой подложкой, имеющей большую объемную пористость, чем промежуточный слой. 1 ил.