激光空间合束主镜优化设计与分析

作     者：汤伟 刘立生 刘扬 邵俊峰 郭劲 TANG Wei;LIU Li-sheng;LIU Yang;SHAO Jun-feng;GUO Jin

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033 

基　　金：激光与物质相互作用国家重点实验室自主基础研究资助项目(No.SKLLIM1805) 

出 版 物：《中国光学》 (Chinese Optics)

年 卷 期：2020年第13卷第3期

页      码：442-450页

摘      要：本文对激光空间合束主镜进行优化设计与分析,以抑制强激光空间合束系统主镜热畸变,提高主镜面形精度。首先,对比分析了选择不同材料作为主镜基底的优缺点,从理论上初步确定了主镜材料、镜体厚度、支撑方式和轻量化结构形式;然后,利用有限元方法对空间合束主镜进行了热畸变分析,并结合热畸变结果对镜体结构形式进行拓扑优化设计;最后,对主镜进行重力、环境适应性和基频分析,验证设计的合理性。分析结果表明:6光合束主镜在单束10 kW激光辐照下,随着辐照时间的增加,镜面温升值和P-V值逐渐增大;辐照3 min后初设计主镜表面温度达83.4℃,P-V值为155 nm,受镜体结构影响,辐照区内热畸变值不一致,差值约占镜面P-V值的1/6;为改善热畸变的不一致性,提高镜体强度,对主镜进行拓扑优化设计,优化后主镜轻量化达54.5%,辐照区热畸变一致性好,镜面热畸变量减小了近1/3;不同俯仰姿态下,主镜重力变形值基本相同,不足10 nm;环境温度的改变会引起主镜的镜面畸变和平移,稳态温差值越大,主镜面形P-V值和镜面平移量越大;模态分析显示主镜基频满足系统要求。本文研究结果将对激光空间合束系统的设计提供依据。

主 题 词：大功率激光 空间合束 主镜 激光热畸变 轻量化设计 

学科分类：08[工学] 0805[工学-能源动力学] 080502[080502] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/CO.2019-0161

馆 藏 号：203943728...