球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學領域，涉及一種球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝，尤其涉及一種大口徑/大徑厚比球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝。
【背景技術】
[0002]變形鏡用于成像系統(tǒng)的波前校正或反射鏡本身面形精度的校正，已經在自適應光學系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。世界上比較著名的致力于變形鏡技術研究的機構和公司有:美國空軍研究實驗室(AFRL)、美國Boston大學精密工程研究實驗室(PERL)、TI公司、加州大學Berkeley分校、荷蘭OKO公司、法國ALPAO公司、Imaging Optik公司、美國BMC公司、Iris AO公司以及Intellite公司等。
[0003]變形鏡作為自適應光學技術的核心器件，按照驅動方式來分，主要有壓電式、電磁式、靜電吸引式、電致伸縮式以及液壓式等幾類。而按照反射鏡鏡面的形式來分，又可以分為連續(xù)鏡面式、分塊平移式以及分塊傾斜加平移式等結構。由于壓電驅動器響應速度快，位移分辨率高，可以提供的驅動力大，且具有較低的功耗，所以實用化程度最高。另外，考慮到連續(xù)鏡面不存在衍射效應，不損失光能量，能夠擬合連續(xù)波面，在反射鏡口徑中等的情況下成為了變形鏡方案設計及研制的首選。因此，將壓電驅動原理和連續(xù)鏡面設計進行結合，就構成了目前廣泛采用的連續(xù)鏡面式壓電驅動變形鏡。
[0004]連續(xù)鏡面式壓電驅動變形鏡具有靈敏度高、動態(tài)范圍大、擬合誤差小、能保持連續(xù)相位等諸多優(yōu)點，在采用了層疊壓電陶瓷之后，單元驅動器的形變可以增大很多，同時驅動器與鏡面之間還能夠根據需要設計各種結構，具有非常強的實施靈活設計的潛力。連續(xù)鏡面式壓電變形鏡的結構由反射鏡、驅動器陣列和支撐底盤三個部分組成。其基本工作原理是:驅動器陣列固定在支撐底盤上，通過改變加載于壓電陶瓷上的電壓值來使鏡面產生不同的形變，達到動態(tài)改變反射鏡面形并據此補償波前畸變的目的。對于壓電驅動連續(xù)經面式變形鏡來說，反射鏡的鏡面邊緣是自由的，所以驅動器陣列除了起到波前校正的作用以夕卜，還起到支撐反射鏡鏡面的作用。
[0005]目前，市場上可以獲得的科學級變形鏡器件具有以下兩個特點:第一，初始表面形狀是平面；第二，口徑大多是小于50_，更大口徑的器件幾乎看不到。平面變形鏡僅起到波前校正作用，對系統(tǒng)的總體光焦度沒有貢獻，也起不到系統(tǒng)初始像差平衡的作用；較小口徑將嚴重限制變形鏡在大型系統(tǒng)中的應用，由于波前校正需要在孔徑、入瞳或者出瞳上實施，對光束進行過度壓縮將對波前的測量和補償精度帶來影響。因此，較大口徑的球面變形鏡是研究方向之一。此外，玻璃材料，比如k4，單晶硅以及碳化硅等材料是變形鏡反射鏡鏡面的常用材料，因為玻璃類材料易于獲得高精度的光學表面。但是，玻璃材料質地偏軟，極限許用應力較低，因此基于玻璃基底的變形反射鏡的校正動態(tài)范圍小，且工作帶寬偏低。相比之下，金屬材料彈性好，極限許用應力較高，因此以其作為變形反射鏡的支撐底盤可以獲得較大的校正動態(tài)范圍。

【發(fā)明內容】

[0006]針對【背景技術】中描述的現有變形鏡技術的局限性，本發(fā)明提供了一種可提供更大校正動態(tài)范圍以及更高工作帶寬的球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0008]本發(fā)明提出了一種球面金屬變形鏡，其特征在于:所述球面金屬變形鏡包括反射鏡、驅動器陣列以及支撐底盤；所述反射鏡與驅動器陣列之間通過過渡接頭并以膠接方式連接，所述支撐底盤與驅動器陣列之間以螺接方式連接。
[0009]上述反射鏡的工作表面為球面，所述反射鏡的基底是金屬材料，所述反射鏡的口徑不低于100mm，所述反射鏡的徑厚比不小于30。
[0010]上述驅動器陣列包括多個壓電陶瓷驅動器；所述多個壓電陶瓷驅動器以正六邊形的方式排布。
[0011]上述驅動器陣列由61個壓電陶瓷驅動器組成。
[0012]上述支撐底盤所采用材料的剛度遠大于反射鏡所采用材料的剛度。
[0013]本發(fā)明提出了一種針對如上所述的球面金屬變形鏡的一體化加工工藝，其特殊之處在于:所述一體化加工工藝包括以下步驟:
[0014]I)超薄金屬反射鏡的粗加工及表面成型加工；
[0015]2)將壓電陶瓷驅動器陣列與支撐底盤通過螺釘連接；
[0016]3)從壓電陶瓷驅動器陣列的頭部套入用于限位及增強驅動器陣列剛度的網孔裝保護性工裝，并在網孔裝保護性工裝與支撐底盤之間設置三個墊塊，三個墊塊呈120°分布；
[0017]4)在驅動器陣列中的每個驅動器的頭部安裝用于與反射鏡背部粘接的過渡接頭，所述過渡接頭的長度通過計算精確獲得；
[0018]5)對過渡接頭進行研磨，使過渡接頭與反射鏡背部曲率的走向匹配；
[0019]6)將反射鏡與過渡接頭進行膠接，靜置使粘接用膠完全固化；
[0020]7)利用單點金剛石車床對帶有驅動器及支撐底盤的球面金屬變形鏡進行車削加工，達到I個波長量級的面形精度；
[0021]8)對經過步驟7)后的球面金屬變形鏡進行精密光學拋光，達到優(yōu)于1/10個波長面形精度。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明提供了一種球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝，該球面金屬變形鏡與傳統(tǒng)的變形鏡結構形式相同，均包括支撐底盤、驅動器陣列以及反射鏡三個部件，反射鏡通過驅動器設置在支撐底盤上；不同之處在于反射鏡的口徑大于10mm ;反射鏡的徑厚比大于30。初始表面為球面，允許變形鏡在系統(tǒng)設計階段就參與像差平衡；同時本發(fā)明對變形鏡所采用的材料進行篩選，反射鏡材料為金屬，允許變形鏡提供更大的校正動態(tài)范圍和更高的工作帶寬；較大的口徑，允許成像光束不過度壓縮，保證波前傳感精度；反射鏡帶驅動器帶支撐底盤的一體化加工工藝，能夠克服高彈易變金屬超薄反射鏡裸鏡高精度光學加工的困難，將單點金剛石車與古典光學拋光有機結合，能夠在較短的周期里完成變形鏡初始表面的光學加工，能夠實現優(yōu)于1/10波長的初始面形精度水平。本發(fā)明提出的較大口徑、大徑厚比球面金屬變形鏡及其一體化加工工藝是對目前平面玻璃變形鏡的有益補充。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明所提供的球面金屬變形鏡的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]如上所述，常規(guī)玻璃基底壓電驅動變形鏡具有口徑小、初始表面為平面、極限許用應力小以及工作帶寬低等幾個特點，本發(fā)明提出的較大口徑(大于100mm)、大徑厚比(大于30)、初始表面為球面的、采用金屬材料作為反射鏡支撐底盤的變形鏡是對目前變形鏡技術的有益補充；此外針對該類變形鏡提出的反射鏡帶驅動器帶支撐