зеркало с переменным фокусным расстоянием

Формула изобретения

ЗЕРКАЛО С ПЕРЕМЕННЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ, содержащее отражающий элемент, закрепленный по контуру на корпусе, управляющий электромагнит и жидкость между отражающим элементом и электромагнитом, отличающееся тем, что в корпусе установлен имеющий общий с ним объем сильфон, на свободном торце которого закреплена пластина из ферромагнитного материала, установленная с возможностью взаимодействия с электромагнитом, а отражающий элемент выполнен в виде металлизированной пластины монокристаллического кремния или сапфира с нежесткой заделкой по контуру.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к зеркалам для фокусировки излучений.

Известны зеркала с переменным фокусным расстоянием [1, 2], содержащие отражающий элемент и электромагнит. Однако они не обеспечивают стабильной работы при фокусировке мощного, например лазерного излучения.

Известно зеркало с переменным фокусным расстоянием [3], содержащее отражающий элемент, закрепленный по контуру на корпусе, управляющий электромагнит и жидкость между отражающим элементом и электромагнитом. Отражающий элемент выполнен в виде мембраны с зеркальным слоем, жестко закрепленной по контуру.

Однако такое выполнение не дает возможности использовать устройство для фокусировки мощного, например лазерного, излучения, так как жесткая заделка мембраны по контуру не обеспечивает качества фокусировки.

Цель изобретения - повышение качества фокусировки.

Цель достигается тем, что в зеркале с переменным фокусным расстоянием, содержащем отражающий элемент, закрепленный по контуру на корпусе, управляющий электромагнит и жидкость между отражающим элементом и электромагнитом, в корпусе установлен имеющий общий с ним объем сильфон, на свободном торце которого закреплена пластина из ферромагнитного материала, установленная с возможностью взаимодействия с электромагнитом, а отражающий элемент выполнен в виде металлизированной пластины монокристаллического кремния или сапфира с нежесткой заделкой по контуру.

Пластина из кремния или сапфира обладает высокой теплопроводностью, что дает возможность фокусировать мощные излучения, а правильную сферическую форму можно обеспечить лишь при мягкой заделке пластины по контуру, что обеспечит уменьшение размеров пятна и равномерное распределение энергии в нем.

На чертеже представлено предлагаемое зеркало.

Зеркало состоит из корпуса 1, в котором закреплен нежестко по периметру отражающий элемент 2. Крепление его осуществлено мягкой заделкой через прокладку 3.

Отражающий элемент 2 выполнен в виде металлизированной пластины из монокристаллического кремния или сапфира. Отражающая способность R монокристаллического кремния 98,4-99,2% , сапфира 99,1-99,6%, что выше, чем на металлических поверхностях с защитным покрытием (чем тверже материал, тем выше качество поверхности, достигаемое при полировке).

Эксплуатационная стойкость зеркала достигается тем, что пластина имеет высший коэффициент отражения излучения, и возможно удаление пыли и копоти без нарушения геометрии поверхности (за счет высокой твердости).

В корпусе установлен сильфон 4, имеющий с ним общий объем, заполненный охлаждающей жидкостью 5 (любая жидкость с хорошей теплопроводностью, например глицерин), сильфон 4 нижним торцом прикреплен к выступу 6 внутри корпуса, а на его верхнем свободном торце укреплена пластина 7 из ферромагнитного материала с возможностью взаимодействия с электромагнитом 8, стержень 9 которого из ферромагнитного материала подпружинен пружиной 10. Управление зеркалом осуществляется программным устройством 11. Программное устройство 11 формирует напряжение, управляющее электромагнитом в соответствии с геометрией поверхности, и состоит из системы электронных преобразователей напряжения.

Зеркало работает следующим образом. В исходном состоянии отражающий элемент 2 не обладает кривизной поверхности и является плоским зеркалом. Когда программное устройство выдает напряжение на обмотку электромагнита 8, пластина 7 притягивается к нему и сильфон 4 расширяется, что приводит в конечном итоге к деформации отражающего элемента 2 и формированию отражающей поверхности заданной кривизны (а значит, и фокусного расстояния).

При изменении фокусного расстояния от 0,4-0,8 м прогиб в центре составит 1-0,5 мм, если радиус пластины 40 мм. Эксперименты показывают, что получить такой прогиб без разрушения пластины можно при ее толщине 0,4-0,6 мм. При толщине пластины <0,4 мм происходит ее растрескивание из-за термических напряжений в зоне лазерного нагрева.

Качество фокусировки излучения на поверхности сложной геометрии достигается за счет изменения геометрии отражающей поверхности зеркала и облучения на изделии лазерной дорожки, равномерной по ширине.

Достигнута эксплуатационная стойкость 12000 ч без замены отражающей пластины при трехразовом удалении нагара и пыли с отражающей поверхности (при норме 5000 ч, с металлическими зеркалами).

Ширина лазерной дорожки при обработке поверхности с перепадом 5 см меняется не более чем на 7-8%. При изменении условий фокусировки перемещением зеркала - 10-15%.

Все это расширяет возможность использования зеркала и повышает качество фокусировки.