光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置及其使用方法，装置包括：底板和顶板；液冷组件，其包括设于底板一侧用于输入冷却液的第一进液口、扩容降速段、设于顶板中心并作为核心散热段的安装区、固定安装于所述安装区底面边缘处的支撑缘、与支撑缘保持接触并起到防水密封作用的密封圈、设于安装区中间位置用于安装光学元件的光学元件安装区；用于对光学元件起到温度补偿作用从而对光学元件的表面面形指标进行有效控制的温度补偿组件;截止吸收组件。通过液冷散热与杂光处理的一体化设计有效实现了系统整体的小型化、轻量化，有效提高了光学元件实验平台的可移植性，对提高实验效率和使用便捷性具有重要意义。对提高实验效率和使用便捷性具有重要意义。对提高实验效率和使用便捷性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置及其使用方法


[0001]本专利技术属于光学元件
，更具体地，涉及一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着激光装备功率等级的不断提升，其光学系统内部光学元件因膜层或镜体吸收导致的局部最大温升同步增大，造成的光学元件面形变化将会导致激光在传输过程中的波像差及光束指向等发生劣化偏差，将严重影响激光装备的发射光束质量；同时，因光学元件膜层效率等因素导致的剩余透射光与杂散光，将会对光学系统的探测、光路、结构等方面的安全均产生不利影响。为了解决光学元件局部过大温升造成的光学元件局部超限面形变化与光传输质量劣化问题，同时为了解决光学元件剩余透射光与杂散光对光学系统的综合安全问题，在充分考虑系统紧凑化布局需求的前提下，须设计一种可实现高功率激光装备光学元件直接强化散热与杂散光处理功能的一体化装置，对下一代高性能激光装备研制具有重要意义。
[0003]为了解决类似共性问题，中国技术专利CN 210373357 U公开了一种液冷自对流散热模块，包括透镜和塑料散热器。该液冷自对流散热模块及其制造方法中，热量通过灯板上的led灯珠产生，灯珠发光同时产生热量，致使灯板温度升高，灯板背面的铝基板和塑料散热器里面的液体接触，把热量导到液体里，并在塑料散热器内部形成动态的循环液体热对流，将热量均匀且快速的分散到塑料散热器表面，与周围的空气热交换完成散热的过程；此外，中国专利技术专利CN112596188A公开了一种光学镜头散热结构，它包括：镜片组件，支撑镜片组件的镜片支架，进行镜片散热的散热装置、设置在空腔内与镜片直接触的液体；镜片组件至少包括两片镜片，第一镜片、第二镜片；光学镜头的内部光源发出的光线首先经过第一镜片、然后经过第二镜片后射出镜头；镜片支架包括分别固定有第一镜片的第一镜片支架和固定有第二镜片的第二镜架；所述的空腔设置在一镜片、第二镜片之间；本设计中的液体与镜片的多个面向互接触，使得镜片有最大散热面积，液体的热量传递至镜架，镜架上设置的散热片可以将热量散发出去，以保持镜头的整体温度;辅助散热的冷却液循环散热装置32可以起到增加冷去液与散热片31的接触面积，可以增加散热的效率；此外，中国技术专利CN212873051U公开了一种激光截止装置，包括：吸收筒，所述吸收筒的两端开口，所述吸收筒上设置有第一液冷通道；透光部，所述透光部覆盖于所述吸收筒的一端开口；反射部，所述反射部覆盖于所述吸收筒的另一端开口，所述反射部上设置有第二液冷通道，所述反射部相对所述透光部的一端为锥形面，并且所述锥形面的尖端靠近所述透光部的方向布置，激光从所述透光部射入吸收筒内，激光照射于所述反射部的锥形面上，锥形面提高了反射部的受光面积，第二液冷通道将反射部的热量持续吸收并带离所述反射部，锥形面将激光反射到吸头筒的内周面，第一液冷通道将吸收筒的热量持续吸收并带离所述吸收筒，通过分级吸热的方式，提高了激光截止装置的承受功率；此外，中国技术专利CN202615043U公开了一种高功率激光截止器，该高功率激光截止器包括梯形棱柱以及罩接
于梯形棱柱外部的平行平板。
[0004]上述专利技术通过液冷散热的方式有效实现了对光学元件进行有效热交换的技术效果，且通过将杂散光通过反射至截止面从而对其有效吸收，但仍存在如下不足之处：（1）自对流散热的散热强度远小于直接接触式液冷强迫对流散热，因此，需要对其进行改进进一步提高散热效率；（2）无法对光学元件的表面面形等指标进行有效控制，从而无法实现对热致面形变化的控制与补偿；（3）三是上述专利所描述的装置在独立使用时须配合单独的支撑或固连安装部件使用，未形成高效的结构与散热一体化设计，无法满足现有光学系统对于小型化与紧凑化要求；（4）流体散热结构中未设计整流结构，无法保证流体的稳定均匀流动，不利于光学元件的稳定工作输出。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置及其使用方法，充分考虑光学元件的透射光与杂散光分布特性，结合液冷散热装置的结构特点，在装置的不同角度、不同空间位置设置截止吸收面，实现对不同部位高功率高功率密度杂散光的吸收。光学元件水冷组件用于对光学元件提供稳定的直接接触式强制液冷与温度控制，补偿加热组件用于对光学元件上表面非承光区域进行直接接触式加热补偿，减小光学元件本体的局部温差；截止吸收组件用于对光学元件产生的杂散光进行定向吸收与截止，有效实现了接触式强制液冷技术与杂散光吸收技术的结合，取得了冷却效率更高、对各向杂散光的吸收效果更佳的技术效果;通过液冷散热与杂光处理的一体化设计有效实现了系统整体的小型化、轻量化，有效提高了光学元件实验平台的可移植性，对提高实验效率和使用便捷性具有重要意义。
[0006]为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，包括：设有复合功能腔室的的底板和与底板配合安装的顶板；实现降温目的的液冷组件，其包括设于底板一侧的第一进液口、设于复合功能腔室且与第一进液口直接相连并通过使容积突变增大的方式降低水流速的扩容降速段、设于复合功能腔室且与扩容降速段直接连接并通过第一区域隔层和第二区域隔层所形成的用于起到冷却流体多层整流作用的整流段、与整流段的输出端直接连接并设于整个复合功能腔室后半段的第一液冷通道、设于顶板中心并作为核心散热段的安装区、固定安装于所述安装区底面边缘处的支撑缘、与支撑缘保持接触并起到防水密封作用的密封圈、设于安装区中间位置用于安装光学元件的光学元件安装区；用于对光学元件起到温度补偿作用从而对光学元件的表面面形指标进行有效控制的温度补偿组件，其包括用于安装直接作用于光学元件承光面边缘并进行温度补偿的加热板的加热板安装区、安装于压板安装面且用于对下方的加热板及光学元件起到定位作用的压板，所述加热板与光学元件边缘处通过压力保持直接接触；用于吸收光学元件的反射杂散光的截止吸收组件，其包括固定连接于底板远离第一进液口一侧的竖向支撑台、通过安装定位部固定连接至支撑台上端面的并根据光的反射路径所确定倾斜角的斜向吸收头、设置于斜向吸收头内部并通过密封窗口密封从而起到防氧化作用的吸收腔、安装于吸收腔中并用于将光学元件的反射杂散光进行二次反射到能够
吸收杂散光的吸收腔内壁的高反射椎体。
[0007]进一步地，所述吸收腔内壁通过高于0.9的表面吸收率的电泳、电镀、蒸汽离子镀独立或组合方式进行表面处理。
[0008]进一步地，包括：所述液冷组件、温度补偿组件和截止吸收组件均设置为能够根据不同光学元件尺寸进行调整相应结构尺寸的可拆卸连接结构。
[0009]进一步地，包括：所述散热段正对于光学元件底面的流道一侧设置杂散光高吸收截止区，所述杂散光高吸收截止区通过电泳、电镀、蒸汽离子镀的单种或多种结合方式进行处理，且所述处理方式对应于特定波长的光截止吸收率不低于0.9。
[0010]进一步地，所述支撑缘为用于防止冷却液形成紊流的且与第一流动通道之间连接保持平缓过渡的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，其特征在于，包括：设有复合功能腔室的的底板和与底板配合安装的顶板；实现降温目的的液冷组件，其包括设于底板一侧的第一进液口、设于复合功能腔室且与第一进液口直接相连并通过使容积突变增大的方式降低水流速的扩容降速段、设于复合功能腔室且与扩容降速段直接连接并通过第一区域隔层和第二区域隔层所形成的用于起到冷却流体多层整流作用的整流段、与整流段的输出端直接连接并设于整个复合功能腔室后半段的第一液冷通道、设于顶板中心并作为核心散热段的安装区、固定安装于所述安装区底面边缘处的支撑缘、与支撑缘保持接触并起到防水密封作用的密封圈、设于安装区中间位置用于安装光学元件的光学元件安装区；用于对光学元件起到温度补偿作用从而对光学元件的表面面形指标进行有效控制的温度补偿组件，其包括用于安装直接作用于光学元件承光面边缘并进行温度补偿的加热板的加热板安装区、安装于压板安装面且用于对下方的加热板及光学元件起到定位作用的压板，所述加热板与光学元件边缘处通过压力保持直接接触；用于吸收光学元件的反射杂散光的截止吸收组件，其包括固定连接于底板远离第一进液口一侧的竖向支撑台、通过安装定位部固定连接至支撑台上端面的并根据光的反射路径所确定倾斜角的斜向吸收头、设置于斜向吸收头内部并通过密封窗口密封从而起到防氧化作用的吸收腔、安装于吸收腔中并用于将光学元件的反射杂散光进行二次反射到能够吸收杂散光的吸收腔内壁的高反射椎体。2.根据权利要求1所述的一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，其特征在于，所述吸收腔内壁通过高于0.9的表面吸收率的电泳、电镀、蒸汽离子镀独立或组合方式进行表面处理。3.根据权利要求2所述的一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，其特征在于，包括：所述液冷组件、温度补偿组件和截止吸收组件均设置为能够根据不同光学元件尺寸进行调整相应结构尺寸的可拆卸连接结构。4.根据权利要求3所述的一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，其特征在于，包括：所述散热段正对于光学元件底面的流道一侧设置杂散光高吸收截止区，所述杂散光高吸收截止区通过电泳、电镀、蒸汽离子镀的单种或多种结合方式进行处理，且所述处理方式对应于特定波长的光截止吸收率不低于0.9。5.根据权利要求4所述的一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，其特征在于：所述支撑缘为用于防止冷却液形成紊流的且与第一流动通道之间连接保持平缓过渡的局部坡槽。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的一种光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：武春风，韩西萌，李强，姜永亮，胡黎明，杨小强，胡灿，李丹妮，王旭锋，胡阿健，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：