一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法技术

本发明专利技术涉及一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法，该方法包括：所述方法包括：提供与所述反射镜相同结构的多个反射镜样件，并分别为每一反射镜样件提供不同的支撑方式；对每个支撑方式下的所述反射镜样件经入射激光照射相同的预设时间后，得到每种支撑方式对应的反射镜样件的热弹性力学模型；求解所述热弹性力学模型，得到每个反射镜样件的热变形量；基于所述热变形量，得到每种支撑方式对应的波前像差；根据所述热变形量和波前像差，确定最佳支撑方式，以设计所述反射镜的支撑方式

【技术实现步骤摘要】
一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法


[0001]本专利技术属于反射镜支撑设计
，具体涉及一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法
。

技术介绍

[0002]高能激光技术作为一项先进技术，在科学研究
、
工业应用
、
医疗领域和国防安全等方面有着重要作用
。
高能激光应用系统通常包含实现扩束
、
聚焦
、
重定向等功能的光束控制系统
。
在光束控制系统中，反射镜是重要的光学元件之一
。
由于高能激光的高能量密度，其对光学元件，尤其是反射镜，反射镜热效应可能引起光学性能的降低
、
镜片损坏以及系统不稳定等问题
。
尽管这些反射镜具有极高的反射率，但仍会吸收小部分激光能量，发生热膨胀
。
并且由于反射镜温度场分布不均匀，反射镜会产生热应力，造成镜面发生形变
。
反射镜热效应问题是提升高能激光系统性能的关键因素之一
。
对于反射镜的热变形，研究者提出了较多抑制方法，并对其做了大量的研究
。
但少有人对反射镜支撑方式进行优化设计，以抑制反射镜的热变形
。

技术实现思路

[0003]鉴于上述的分析，本专利技术旨在公开了一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法，解决了现有技术中缺少对反射镜支撑方式进行优化设计，以抑制反射镜热变形的问题
。
[0004]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术公开了一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法，所述方法包括：
[0006]提供与所述反射镜相同结构的多个反射镜样件，并分别为每一反射镜样件提供不同的支撑方式；
[0007]对每个支撑方式下的所述反射镜样件经入射激光照射相同的预设时间后，得到每种支撑方式对应的反射镜样件的热弹性力学模型；
[0008]求解所述热弹性力学模型，得到每个反射镜样件的热变形量；
[0009]基于所述热变形量，得到每种支撑方式对应的波前像差；
[0010]根据所述热变形量和波前像差，确定最佳支撑方式，以设计所述反射镜的支撑方式
。
[0011]进一步的，所述基于所述热变形量，得到每种支撑方式对应的波前像差，包括：
[0012]基于所述入射激光光斑区域内的镜面热变形量，得到镜面相对变形量；
[0013]基于所述相对变形量，折算得到激光波前的附加相位差；
[0014]对所述光斑区域内的附加相位进行径向和角向采样，得到每个反射镜样件对应的可用于波前重构的相位序列；
[0015]基于每个反射镜样件对应的所述相位序列，拟合得到每种支撑方式对应的波前像差
。
[0016]进一步的，基于所述相位序列，通过泽尼克像差分析方法，拟合得到每种支撑方式
对应的波前像差
。
[0017]进一步的，通过下述步骤，得到所述波前像差：
[0018]将所述相位序列通过下式表示为各项泽尼克多项式的线性组合：
[0019][0020]其中，
z
k
(x,y)、a
k
分别是第
k
项泽尼克多项式和第
k
项待定常系数
,(x,y)
为采样点坐标；
[0021]将公式
(2)
表示为如下矩阵形式：
[0022]φ
＝
a
T
z
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]其中，
a
是
{a
k
}
的列向量；
z
是
{z
k
}
的列向量；
[0024]对公式
(3)
进行求解，得到各项
z
k
所对应的波前像差
。
[0025]进一步的，对每个所述反射镜样件经入射激光照射相同的预设时间后，将镜体温度分布作为热载荷，并将对应的支撑方式作为约束条件，加载到对应反射镜样件的有限元模型上，得到每种支撑方式对应的反射镜的热弹性力学模型
。
[0026]进一步的，所述热弹性力学模型为：
[0027][0028]其中，
k
是热传导系数；
T0是参考温度；
x
i
、x
j
是坐标向量，
i
和
j
为应力张量索引；
θ
为温度变化场；
C
ε
是热容：
t
是时间；
β
是热模量；
ε
是应变张量；
σ
是应力张量；
ρ
为材料密度；
u
是位移向量；
λ
和
μ
是拉梅系数；
Ω
指空间区域
。
[0029]进一步的，通过有限元方法，对所述热弹性力学模型进行离散
、
数值求解，得到不同约束条件下的反射镜样件形变，进而得到每个反射镜样件的热变形量
。
[0030]进一步的，所述相对变形量为所述反射镜反射面光斑区域整体变形的最大值与最小值的差值
。
[0031]进一步的，所述基于所述相对变形量，折算得到激光波前的附加相位差，包括：
[0032]基于所述反射镜的相对变形量得到镜面变形引入的光程差
Δ
OPL
；
[0033]根据所述光程差，得到激光波前引入的附加相位差，表示为
Δ
OPL
*2
π
/
λ
。
[0034]进一步的，拟合得到每种支撑方式对应的波前像差后，还包括利用拟合系数值对每个镜面进行波前相位面重构，并与原始相位进行比较，基于重构的相位面形状
、
重构误差，评估拟合结果的准确性
。
[0035]进一步的，确定最佳支撑设计方式后还包括：在所述反射镜的光束控制系统中通
过哈特曼系统对低阶的像差进行实时检测，并通过快反镜自适应系统对所述像差进行校正，以优化所述支撑设计引入的误差
。
[0036]进一步的，不同的所述支撑方式中的一种为：通过粘连的方式对反射镜样件背面中心处的局部表面区域进行约束，使被约束区域内的镜面在
x、y
和
z
三个方向均不产生位移，并限制
x、y
和
z
三个方向的旋转自由度；被约束区域外的镜面区域为自由形变的状态，但整体位移只能朝反射面发生
。
[0037]本专利技术至少可实现以下有益效果之一：
[0038]1.
本专利技术基于传热学和热弹性力学的有限元方法，结合光学分析的泽尼克多项式波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抑制反射镜热效应的支撑设计方法，其特征在于，所述方法包括：提供与所述反射镜相同结构的多个反射镜样件，并分别为每一反射镜样件提供不同的支撑方式；对每个支撑方式下的所述反射镜样件经入射激光照射相同的预设时间后，得到每种支撑方式对应的反射镜样件的热弹性力学模型；求解所述热弹性力学模型，得到每个反射镜样件的热变形量；基于所述热变形量，得到每种支撑方式对应的波前像差；根据所述热变形量和波前像差，确定最佳支撑方式，以设计所述反射镜的支撑方式
。2.
根据权利要求1所述的抑制反射镜热效应的支撑设计方法，其特征在于，所述基于所述热变形量，得到每种支撑方式对应的波前像差，包括：基于所述入射激光光斑区域内的镜面热变形量，得到镜面相对变形量；基于所述相对变形量，折算得到激光波前的附加相位差；对所述光斑区域内的附加相位进行径向和角向采样，得到每个反射镜样件对应的可用于波前重构的相位序列；基于每个反射镜样件对应的所述相位序列，拟合得到每种支撑方式对应的波前像差
。3.
根据权利要求2所述的抑制反射镜热效应的支撑设计方法，其特征在于，基于所述相位序列，通过泽尼克像差分析方法，拟合得到每种支撑方式对应的波前像差
。4.
根据权利要求3所述的抑制反射镜热效应的支撑设计方法，其特征在于，通过下述步骤，得到所述波前像差：将所述相位序列通过下式表示为各项泽尼克多项式的线性组合：其中，
z
k
(x,y)、a
k
分别是第
k
项泽尼克多项式和第
k
项待定常系数
,(x,y)
为采样点坐标；将公式
(2)
表示为如下矩阵形式：
φ
＝
a
T
z
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
其中，
a
是
{a
k
}
的列向量；
z
是
{z
k
}
的列向量；对公式
(3)
进行求解，得到各项
z
k
所对应的波前像差
。5.
根据权利要求1所述的抑制反射镜热效应的支撑设计方法，其特征在于，对每个所述反射镜样件经入射激光照射相同的预设时间后，将镜体温度分布作为热载荷，并将对应的支撑方式作为约...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗超，袁磊，冉均均，郭兴，杨华宇，夏海鸿，
申请(专利权)人：国电投核素同创重庆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：