專利名稱：用于波前相位校正的光控變形鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波前相位校正，特別是一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，其優(yōu)點是制備工藝簡單、空間分辨率高。
背景技術(shù)：
隨著自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，波前相位校正在天文望遠鏡、視網(wǎng)膜成像、激光光束整形、光通信等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。變形鏡作為一種相位校正器件，是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的核心部分。目前技術(shù)成熟的變形鏡從驅(qū)動原理上分主要有壓電式變形鏡、靜電式變形鏡、電磁式變形鏡。壓電式變形鏡主要利用壓電材料的壓電特性，當(dāng)對壓電材料施加電壓時，由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生橫向伸長或收縮，帶動鏡面的局部變形；靜電式變形鏡主要以靜電力作為驅(qū)動力，采用MEMS技術(shù)進行制備，通過控制電壓調(diào)節(jié)靜電力的大小，反射面由于靜電吸引產(chǎn)生相應(yīng)的形變；電磁式變形鏡主要以電磁線圈產(chǎn)生的電磁力作為驅(qū)動力，使粘有永磁體的鏡面產(chǎn)生相應(yīng)的形變。這三種變形鏡盡管驅(qū)動原理不同，但本質(zhì)上都通過控制驅(qū)動力的大小使反射面發(fā)生相應(yīng)的形變，形變的大小與驅(qū)動力的大小存在對應(yīng)關(guān)系。為使變形鏡的反射面達到所需的狀態(tài)，目前通常將反射面劃分為多個小反射面，每個小反射面連接一個驅(qū)動單元，該驅(qū)動單元連接一個獨立的電極，通過控制該電極上的電壓來調(diào)節(jié)對該小反射面的驅(qū)動力，進而控制該反射面的狀態(tài)。顯然變形鏡的空間分辨率隨驅(qū)動單元數(shù)目的增加而提高。當(dāng)驅(qū)動單元數(shù)目不多時，空間分辨率較低；驅(qū)動單元數(shù)目越多，空間分辨率越高，變形鏡的控制精度越高，但驅(qū)動單元數(shù)目的增加使整個變形鏡的結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜，對微機械加工水平提出了很高的要求，工藝上很難加工，并使器件成本及其昂貴。這就造成了目前現(xiàn)有的變形鏡驅(qū)動單元數(shù)目不多，空間分辨率較低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有變形鏡驅(qū)動單元數(shù)目不多、空間分辨率低下的問題，提供一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，該裝置與現(xiàn)有的變形鏡相比，不僅制備工藝簡單，而且空間分辨率較高，可用于視網(wǎng)膜成像、激光光束整形和光通信等領(lǐng)域。本發(fā)明的主要思想:一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，主要是將驅(qū)動光經(jīng)過計算機控制的空間光調(diào)制器后的光強分布通過成像透鏡成像在變形鏡的光導(dǎo)層上，由于光導(dǎo)層電阻隨驅(qū)動光的光強增大而減小，并且與空氣層呈串聯(lián)結(jié)構(gòu)、兩者總電壓保持不變，變形鏡的空氣層出現(xiàn)對應(yīng)的電壓分布，緊貼空氣層的導(dǎo)電反射膜因靜電吸引產(chǎn)生與電壓分布對應(yīng)的形變，以便對入射在導(dǎo)電反射膜表面的光進行波前位相校正。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，特點在于該裝置包括驅(qū)動光源、沿該驅(qū)動光源輸出的驅(qū)動光方向依次是空間光調(diào)制器、成像透鏡組和變形鏡，所述的變形鏡的結(jié)構(gòu)沿驅(qū)動光的入射方向依次是:透明導(dǎo)電膜、光導(dǎo)晶體、空氣層和導(dǎo)電反射膜，所述的透明導(dǎo)電膜和導(dǎo)電反射膜之間連接一臺交流電源，所述的空間光調(diào)制器由計算機控制，所述的光導(dǎo)晶體沿厚度方向的中心層位于空間光調(diào)制器的透射面成像在所述的成像透鏡組的像平面上，所述的光導(dǎo)晶體的電導(dǎo)率隨驅(qū)動光光強的增大而增大。所述的光導(dǎo)晶體的厚度為0.5mm 2mm。所述的空氣層的厚度為10 μ m 100 μ m。所述的驅(qū)動光源是激光光源，或發(fā)光二極管光源。所述的空間光調(diào)制器是薄膜晶體管液晶空間光調(diào)制器或硅基板液晶空間光調(diào)制器。與現(xiàn)有的變形鏡相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:由于沒有多個驅(qū)動電極，本發(fā)明的制備工藝非常簡單，而目前現(xiàn)有的變形鏡當(dāng)驅(qū)動電極數(shù)目增多時，驅(qū)動單元數(shù)目也增多，工藝上很難加工，并且器件成本及其昂貴。本發(fā)明對變形鏡反射面形態(tài)的控制并非直接通過驅(qū)動電極控制，而是通過控制照射在變形鏡的光導(dǎo)晶體上的驅(qū)動光強度，使光導(dǎo)晶體的電阻發(fā)生改變，進而使空氣層上的分壓發(fā)生改變，由于靜電吸引使導(dǎo)電反射膜的面型產(chǎn)生相應(yīng)的形變。結(jié)合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，通過計算機控制空間光調(diào)制器便可精確控制照射在變形鏡光導(dǎo)晶體上的驅(qū)動光空間強度分布，進而實現(xiàn)對變形鏡導(dǎo)電反射膜面型的精確控制，顯然本發(fā)明光控變形鏡的空間分辨率與所用的空間光調(diào)制器的空間分辨率是一致的。本發(fā)明光控變形鏡的空間分辨率可達到十微米量級，這遠遠高于目前現(xiàn)有變形鏡的空間分辨率(毫米量級)。


圖1是本發(fā)明用于波前相位校正的光控變形鏡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述的變形鏡(4)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明用于波前相位校正的光控變形鏡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，包括驅(qū)動光源1、沿該驅(qū)動光源I輸出的驅(qū)動光依次是空間光調(diào)制器2、成像透鏡組3和變形鏡4，所述的變形鏡4的結(jié)構(gòu)沿驅(qū)動光的入射方向依次是:透明導(dǎo)電膜41、光導(dǎo)晶體42、空氣層43和導(dǎo)電反射膜44，所述的透明導(dǎo)電膜41和導(dǎo)電反射膜44之間連接一臺交流電源45，所述的空間光調(diào)制器2由計算機5控制，所述的光導(dǎo)晶體42沿厚度方向的中心層位于空間光調(diào)制器2的透射面經(jīng)所述的成像透鏡組3成像的像平面上。所述的空間光調(diào)制器2可以是薄膜晶體管液晶空間光調(diào)制器或硅基板液晶空間光調(diào)制器，由計算機5控制，可以產(chǎn)生所需要的空間透過率分布。
所述的成像透鏡組3要求盡可能無相差，擴束比需根據(jù)所述的空間光調(diào)制器2透射面的尺寸和實際變形鏡有效反射面的尺寸進行確定，若所述的空間光調(diào)制器2透射面的尺寸為aXa、實際變形鏡有效反射面的尺寸為bXb，則所述的成像透鏡組3的擴束比應(yīng)設(shè)計為b:a。所述的變形鏡4的光導(dǎo)晶體42應(yīng)滿足:①電導(dǎo)率隨驅(qū)動光光強的增大而增大；②厚度為0.5mm 2mm。所述的變形鏡4的空氣層43的厚度為10 μ m 100 μ m。所述的變形鏡4的反射導(dǎo)電膜44的方塊電阻(導(dǎo)電膜的基本參數(shù)之一，該值只與膜層厚度有關(guān))要求小于50 Ω。 所述的交流電源45的工作頻率可調(diào)范圍為IOOHz 1000Hz、工作電壓大小可調(diào)范圍為50V 200V，當(dāng)工作頻率為ω、工作電壓大小為V時，按以下步驟進行測試:①控制計算機5，使所述的空間光調(diào)制器2的透射面的各個像素的透過率為0，利用Hartmann傳感器測得此時導(dǎo)電反射膜44的反射面的面型為；②控制計算機5，使所述的空間光調(diào)制器2的透射面的各個像素的透過率達到1，利用Hartmann傳感器測得此時導(dǎo)電反射膜44的反射面的面型為O1U, y)。本發(fā)明光控變形鏡裝置的使用方法:當(dāng)要求所述的導(dǎo)電反射膜44產(chǎn)生位相畸變Φχ(χ，γ)時，調(diào)節(jié)所述的變形鏡4的交流電源45，使其工作頻率為ω、工作電壓大小為V，并控制所述的計算機5使空間光調(diào)制
器2的透過率分布為八U)=:::°。
丨實施例1結(jié)構(gòu)圖見圖1，驅(qū)動光源I采用460nmLED光源，其輸出的驅(qū)動光已經(jīng)被準直?？臻g光調(diào)制器2采用薄膜晶體管液晶空間光調(diào)制器，成像透鏡組3的擴束比為1:1，光導(dǎo)晶體42選擇3cmX 3cmX Imm的硅酸鉍(BSO)晶體，空氣層43的厚度為50 μ m。實施例2實施例2與實施例1的不同點是空間光調(diào)制器2采用硅基板液晶空間光調(diào)制器。實施例3實施例3與實施例1的不同點是驅(qū)動光源I采用460nm半導(dǎo)體激光器。實施例4實施例4與實施例1的不同點是光導(dǎo)晶體42選擇2cmX 2cmX Imm的硅酸鉍晶體，成像透鏡組3的擴束比為3:2。實施例5實施例5與實施例1的不同點是 光導(dǎo)晶體42選擇3cmX 3cmX Imm的硫化鎘(CdS)晶體。實驗表明，本發(fā)明光控變形鏡裝置與現(xiàn)有的變形鏡相比，不僅制備工藝簡單，而且空間分辨率較高，可用于視網(wǎng)膜成像、激光光束整形和光通信等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，特征在于該裝置包括驅(qū)動光源(I)、沿該驅(qū)動光源(I)輸出的驅(qū)動光方向依次是空間光調(diào)制器(2)、成像透鏡組(3)和變形鏡(4)，所述的變形鏡(4)的結(jié)構(gòu)沿驅(qū)動光的入射方向依次是:透明導(dǎo)電膜(41)、光導(dǎo)晶體(42)、空氣層(43)和導(dǎo)電反射膜(44)，所述的透明導(dǎo)電膜(41)和導(dǎo)電反射膜(44)之間連接一臺交流電源(45)，所述的空間光調(diào)制器(2)由計算機(5)控制，所述的光導(dǎo)晶體(42)沿厚度方向的中心層位于空間光調(diào)制器(2)的透射面成像在所述的成像透鏡組(3)的像平面上，所述的光導(dǎo)晶體(42)的電導(dǎo)率隨驅(qū)動光光強的增大而增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的光導(dǎo)晶體(42)的厚度為0.5mm 2mmο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的空氣層(43)的厚度為10 μ m 100 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的驅(qū)動光源(I)是激光光源，或發(fā)光二極管光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的空間光調(diào)制器(2)是薄月旲晶體管液晶空間光調(diào)制器或娃基板液晶空間光調(diào)制器。
全文摘要
一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，該裝置的構(gòu)成包括驅(qū)動光光源、計算機控制的空間光調(diào)制器、成像透鏡組和變形鏡，主要是將驅(qū)動光經(jīng)過計算機控制的空間光調(diào)制器后的光強分布通過成像透鏡成像在變形鏡的光導(dǎo)層上，由于光導(dǎo)層電阻隨驅(qū)動光光強增大而減小并且與空氣層呈串聯(lián)結(jié)構(gòu)、兩者總電壓保持不變，變形鏡的空氣層上出現(xiàn)對應(yīng)的電壓分布，緊貼空氣層的導(dǎo)電反射膜因靜電吸引產(chǎn)生與電壓分布對應(yīng)的形變，便可對入射在導(dǎo)電反射膜表面的光進行波前位相校正。本發(fā)明具有制備工藝簡單、空間分辨率高的優(yōu)點。
文檔編號G02B26/06GK103149682SQ201310080208
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者黃大杰, 范薇, 李學(xué)春, 殷冰雨, 郭躍, 姜秀青, 梁龍, 徐鵬翔, 林尊琪 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所