一種大校正量低階變形反射鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大校正量低階變形反射鏡，它由鏡面、耦合結構、驅(qū)動器和底座組成：每個驅(qū)動器的一端固定在一個大塊整體底座上，另一端通過耦合結構與鏡面相連。其中，鏡面使用超高光潔度拋光的單晶硅材料，保證了鍍制膜層的高反射率和低吸收系數(shù)；驅(qū)動器由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成；底座和鏡面采用相同的材料以匹配其熱膨脹系數(shù)。耦合結構作為柔性連接來調(diào)節(jié)鏡面的局部傾斜。當施加工作電壓時，耦合結構減小了驅(qū)動器的彎曲剛度，提高了鏡面的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構增大了相鄰驅(qū)動器之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力，從而滿足大功率激光發(fā)射系統(tǒng)的校正要求。
【專利說明】一種大校正量低階變形反射鏡

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于自適應光學系統(tǒng)的波前校正【技術領域】，涉及一種大校正量低階變形反射鏡，用于發(fā)射激光的自適應光學系統(tǒng)，可以校正大氣熱暈效應和潮流擾動、激光腔內(nèi)誤差和光學系統(tǒng)誤差等引起的誤差。

【背景技術】
[0002]變形反射鏡是自適應光學系統(tǒng)的核心器件之一。它通過改變表面面形來實現(xiàn)波前控制和光學像差校正。變形反射鏡在激光加工、激光發(fā)射和遠距離輸運、聚焦系統(tǒng)等方面有重要的應用，是激光光束質(zhì)量和聚焦特性自適應控制的關鍵技術。
[0003]無論氣體化學激光器或是固體激光器，在大功率輸出情況下均存在較大熱變形問題，美國 David 等人曾經(jīng)在文獻 “High-Energy Hydrogen Fluoride/Deuterium FluorideLaser Beam Correct1n:History and Iaaues” 2006,提出化學激光器具有各種空間和時間成分的像差，其中低空間頻率的像差成分占主要分量，國內(nèi)許冰在文章“哈特曼波前傳感器對C0IL激光器光束質(zhì)量測量的初步結果”1996，楊平在OPTICS EXPRESS等雜志中分別對氣體化學激光器和固體激光器像差進行測量，測量結果表明，由于熱變形等原因，激光器輸出光束中存在大量大幅度低階像差，這些像差在Zernike像差中表現(xiàn)為離焦、象散等低階成分。這些低階大幅度的像差需要通過自適應光學補償控制的方法消除，并且要求校正后殘差盡可能小。
[0004]專利ZL2007100833867所述的傳統(tǒng)分立式連續(xù)表面變形反射鏡，由鏡面、驅(qū)動器和底座組成。鏡面和驅(qū)動器直接連接，如圖1所示。驅(qū)動器在外加電壓作用下產(chǎn)生軸向伸縮，從而推動鏡面產(chǎn)生局部變形。分立式連續(xù)表面變形反射鏡的主要性能指標是行程和交連值。在保證鏡子交連值的前提下，鏡子的行程受到鏡面許用應力的限制，通過對鏡面厚度和驅(qū)動器剛度的匹配調(diào)整，正三角形排布間距為20.5的Φ14驅(qū)動器組成的變形鏡的最大行程為6um，交連值為9.5%，無法滿足大幅度低階像差的校正需求。
[0005]新型變形反射鏡，如雙壓電變形反射鏡能夠產(chǎn)生大校正量像差，并且具有良好的低階像差校正效果，周虹在博士論文“雙壓電片變形反射鏡研制與應用研究”中對這種變形反射鏡進行詳細研究，發(fā)現(xiàn)利用這種結構變形反射鏡可以產(chǎn)生超過10um的變形量，但是，如圖2所示，由于鏡子的特殊結構，其采用的鏡面材料和驅(qū)動層材料的膨脹系數(shù)不能匹配，使得這種鏡子對溫度變化十分敏感。在大功率激光系統(tǒng)中，激光束加熱造成的溫升會引起很大的變形，不適宜用于大功率密度的激光器光束控制領域。
[0006]本發(fā)明提出了一種新型大校正量低階變形反射鏡，這種鏡子能夠獲得雙壓電變形反射鏡類似的性能，既能夠產(chǎn)生大校正量像差，并且具有良好的低階像差校正效果，同時具備溫度變化不敏感的特性，克服了傳統(tǒng)鏡子的不足，成功地解決了大功率激光器中的低階像差校正問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是設計了一種新型大校正量低階變形反射鏡，既能夠產(chǎn)生大校正量像差，又具有良好的低階像差校正效果，同時具備溫度變化不敏感的特性，成功地應用于大功率激光發(fā)射系統(tǒng)中。
[0008]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種大校正量低階變形反射鏡，由鏡面、耦合結構、驅(qū)動器和底座組成；驅(qū)動器和鏡面之間通過耦合結構相連，耦合結構作為柔性連接來調(diào)節(jié)鏡面的局部傾斜；驅(qū)動器的一端固定在剛性底座上，另一端通過耦合結構與鏡面相連；所述耦合結構作為柔性連接來調(diào)節(jié)鏡面的局部傾斜和交連值:當施加工作電壓時，耦合結構減小了驅(qū)動器的彎曲剛度，提高了鏡面的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構增大了相鄰驅(qū)動器之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。
[0009]進一步的，鏡面使用超高光潔度拋光的單晶硅。
[0010]進一步的，驅(qū)動器由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成。
[0011]進一步的，鏡面和底座使用相同的材料以匹配其熱膨脹系數(shù)。
[0012]本技術與現(xiàn)有技術相比具有的優(yōu)點:
[0013]1)本發(fā)明所公開的新型大校正量低階變形反射鏡，與ZL2007100833867相比，驅(qū)動器(3)的彎曲剛度相對鏡面(1)較小，變形反射鏡的行程大幅度提高，解決了大功率激光器的大幅度像差校正問題。
[0014]2)本發(fā)明所公開的新型大校正量低階變形反射鏡，由于采用了耦合結構(2)，變形鏡的交連值增大，解決了大功率激光器的低階校正問題。
[0015]3)本發(fā)明所公開的新型大校正量低階變形反射鏡，與雙壓電變形反射鏡相比，具備對溫度變化不敏感的特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為傳統(tǒng)分立式變形反射鏡結構示意圖；
[0017]圖2為雙壓電變形反射鏡結構示意圖；
[0018]圖3為大校正量低階變形反射鏡結構原理圖；
[0019]圖4為大校正量低階變形反射鏡連接示意圖；
[0020]圖5為85單元低階大校正量變形反射鏡排布示意圖。
[0021]圖中，1為鏡面,2為稱合結構,3為驅(qū)動器,4為底座,5為驅(qū)動層。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本發(fā)明。
[0023]如圖3所示，所述大校正量低階變形反射鏡由鏡面1、耦合結構2、驅(qū)動器3和底座4四個部分組成。驅(qū)動器3的一端固定在剛性底座4上，另一端通過耦合結構2與鏡面1相連。
[0024]所述耦合結構2作為柔性連接來調(diào)節(jié)鏡面1的局部傾斜和交連值:當施加工作電壓時，耦合結構2減小了驅(qū)動器3的彎曲剛度，提高了鏡面1的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構2增大了相鄰驅(qū)動器3之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。在某些情形中，耦合結構2應與鏡面1做成一個整體結構。
[0025]所述鏡面1為連續(xù)鏡面1，采用超高光潔度拋光的單晶硅材料，保證了鍍制膜層的高反射率和低吸收系數(shù)。鏡面1和底座4采用相同的材料以匹配其熱膨脹系數(shù)。
[0026]所述驅(qū)動器3由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成。驅(qū)動器3的控制電壓供給層間電極。每個驅(qū)動器3的頂部和鏡面1之間由耦合結構2連接。
[0027]下面結合圖4說明【具體實施方式】。
[0028]低階大校正量變形反射鏡，包含鏡面1、耦合結構2、驅(qū)動器3和底座4。驅(qū)動器3的一端固定在底座4上，另一端通過耦合結構2與鏡面1相連。施加電壓時，驅(qū)動器3發(fā)生位移，通過耦合結構2驅(qū)動鏡面1發(fā)生可控的局部變形。耦合結構2減小了驅(qū)動器3的彎曲剛度，提高了鏡面1的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構2增大了相鄰驅(qū)動器3之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。
[0029]通過這種方式研制并成功應用的85單元低階大校正量變形反射鏡如圖5所示。驅(qū)動器為Φ 14驅(qū)動器，極間距為20.5mm，變形鏡的行程為12um，相較傳統(tǒng)分立式變形鏡的行程提高了一倍；同時其交連值也大幅提高，滿足大校正量低階像差的校正需求。
[0030]本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種大校正量低階變形反射鏡，其特征在于:由鏡面(11耦合結構(2)、驅(qū)動器(3)和底座⑷組成；驅(qū)動器⑶和鏡面⑴之間通過耦合結構⑵相連，耦合結構⑵作為柔性連接來調(diào)節(jié)鏡面(1)的局部傾斜；驅(qū)動器(3)的一端固定在剛性底座(4)上，另一端通過耦合結構(2)與鏡面(1)相連；所述耦合結構(2)作為柔性連接來調(diào)節(jié)鏡面(1)的局部傾斜和交連值:當施加工作電壓時，耦合結構(2)減小了驅(qū)動器(3)的彎曲剛度，提高了鏡面(1)的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構(2)增大了相鄰驅(qū)動器(3)之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種大校正量低階變形反射鏡，其特征在于:鏡面(1)使用超高光潔度拋光的單晶硅。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種大校正量低階變形反射鏡，其特征在于:驅(qū)動器(3)由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種大校正量低階變形反射鏡，其特征在于:鏡面(1)和底座(4)使用相同的材料以匹配其熱膨脹系數(shù)。
【文檔編號】G02B26/06GK104407435SQ201410745368
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】程琳, 官春林, 周虹 申請人:中國科學院光電技術研究所