光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，屬于空間光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決現(xiàn)有光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置系統(tǒng)復(fù)雜，面形控制系統(tǒng)可靠性低和面形控制精度差等問題，本發(fā)明激光器發(fā)射的激光通過第一激光準(zhǔn)直鏡得到準(zhǔn)直的激光，再通過自由空間光隔離器和偏振態(tài)控制器完成偏振方向和偏振態(tài)的調(diào)整，得到單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光，該激光通過分光棱鏡進(jìn)入液晶空間調(diào)制器進(jìn)行小角度偏轉(zhuǎn)，再通過偏振旋轉(zhuǎn)器改變偏轉(zhuǎn)方向，而后經(jīng)過雙折射棱鏡掃描輸出到光致變形薄膜的表面完成薄膜拉伸變形，激光經(jīng)過光致變形薄膜散射回來后經(jīng)過雙折射棱鏡、偏振旋轉(zhuǎn)器、液晶調(diào)制器和分光棱鏡后進(jìn)入第二激光準(zhǔn)直鏡，激光經(jīng)過第二激光準(zhǔn)直鏡會(huì)聚到達(dá)光電探測(cè)器。
【專利說明】光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，屬于空間光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]以柔性薄膜為基底的空間反射鏡(簡(jiǎn)稱薄膜反射鏡)以其成本低、收藏體積小、可展開、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了大口徑與發(fā)射重量及承載體積之間的矛盾并滿足了反射鏡超大、超輕量的發(fā)展要求。其有關(guān)理論與技術(shù)研究近幾年發(fā)展很快，成為國內(nèi)外空間【技術(shù)領(lǐng)域】的研究熱點(diǎn)之一，在大型空間光學(xué)系統(tǒng)、天線等領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有的薄膜反射鏡按所使用的外部作用力可以分為充氣拉伸式、靜電拉伸式、底部拉伸式、光致變形式等幾大類。其中光致變形薄膜反射鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、雙方位彎曲、形變量大、可靠性高，因而更適于在空間領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)超大口徑超輕量化。光致變形薄膜反射鏡面形控制系統(tǒng)一般采用二維擺鏡掃描經(jīng)準(zhǔn)直后的激光到薄膜背面實(shí)現(xiàn)薄膜變形。但此類裝置由于采用了二維擺鏡，此類運(yùn)動(dòng)部件在空間環(huán)境中使用將導(dǎo)致裝置可靠性差且功耗大，另外二維擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的精度有限且存在慣性，將很大程度限制薄膜反射鏡面形控制精度。為了保證薄膜面形，薄膜反射鏡需要額外面形測(cè)量系統(tǒng)提供面形修正量，增加了薄膜反射鏡的系統(tǒng)復(fù)雜度。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)見文獻(xiàn)“Largeultra-lightweightphotonicmusclemembranemirrortelescope”SPIE，2008，7010:70102K，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)包括激光器1、激光準(zhǔn)直鏡
2、強(qiáng)度與相位調(diào)制器3、二維擺鏡4、光致變形薄膜5和薄膜支撐架6。激光器I發(fā)出的光經(jīng)過激光準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直后通過二維擺鏡4掃描到光致變形薄膜5表面引起形變，將光致變形薄膜5面形控制到所需面形為止，薄膜支撐架6用于提供預(yù)張力來保持薄膜初始面形。
[0005]該文獻(xiàn)給出了面形控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)正常的薄膜反射鏡成形過程，不過正常工作中需要采用額外的面形測(cè)量系統(tǒng)向面形控制系統(tǒng)提供面形修正量，增加了系統(tǒng)重量、體積和復(fù)雜程度。另外面形控制系統(tǒng)采用了二維擺鏡4來實(shí)現(xiàn)光束的掃描降低了系統(tǒng)的可靠性，二維擺鏡4有慣性、功耗大且轉(zhuǎn)動(dòng)精度有限，降低了薄膜反射鏡的面形控制精度，限制薄膜反射鏡在空間光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決現(xiàn)有光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置系統(tǒng)復(fù)雜，面形控制系統(tǒng)中二維擺鏡將導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性低和面形控制精度差等問題，提出了一種光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置。
[0007]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0008]光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，包括薄膜支撐架、光致變形的薄膜、薄膜邊界位移控制器、雙折射棱鏡、偏振旋轉(zhuǎn)器、液晶空間光調(diào)制器、分光棱鏡、偏振態(tài)控制器、自由空間光隔離器、強(qiáng)度相位調(diào)制器、第一激光準(zhǔn)直鏡、激光器、第二激光準(zhǔn)直鏡和光電探測(cè)器；
[0009]薄膜支撐架將光致變形薄膜周邊固定并保持平面狀態(tài)，采用薄膜邊界位移控制器調(diào)節(jié)薄膜邊界位移量，進(jìn)而調(diào)節(jié)薄膜預(yù)張力，從而完成薄膜初始狀態(tài)的保持；
[0010]激光器發(fā)射的激光通過第一激光準(zhǔn)直鏡得到準(zhǔn)直的激光，準(zhǔn)直激光通過強(qiáng)度相位調(diào)制器、自由空間光隔離器和偏振態(tài)控制器完成強(qiáng)度、相位、偏振方向和偏振態(tài)的調(diào)整，得到單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光，該單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光通過分光棱鏡進(jìn)入液晶空間調(diào)制器進(jìn)行小角度偏轉(zhuǎn)，再通過偏振旋轉(zhuǎn)器改變偏轉(zhuǎn)方向，而后激光經(jīng)過雙折射棱鏡掃描輸出到光致變形薄膜的表面完成薄膜拉伸變形，從而完成薄膜面形控制過程；
[0011]激光經(jīng)過光致變形薄膜散射回來后經(jīng)過雙折射棱鏡、偏振旋轉(zhuǎn)器、液晶調(diào)制器和分光棱鏡后進(jìn)入第二激光準(zhǔn)直鏡，激光經(jīng)過第二激光準(zhǔn)直鏡會(huì)聚到達(dá)光電探測(cè)器，完成單點(diǎn)激光測(cè)距，通過多點(diǎn)測(cè)量后可擬合出薄膜拉伸變形量，與理想面形作比較給面形控制系統(tǒng)提供面形修正量，從而完成薄膜面形的測(cè)量。
[0012]所述雙折射棱鏡、偏振旋轉(zhuǎn)器和液晶空間光調(diào)制器用于實(shí)現(xiàn)激光大角度掃描，其工作波段為365nm波段。
[0013]所述分光棱鏡鍍有365nm波段半透半反膜。
[0014]所述兩個(gè)激光準(zhǔn)直鏡表面鍍有365nm波段全透射膜。
[0015]所述自由空間光隔離器工作波長(zhǎng)為365nm波段，用于隔離散射回光路的激光。
[0016]所述強(qiáng)度相位調(diào)制器工作波段為紫外波段，用于調(diào)整激光的強(qiáng)度和相位。
[0017]所述激光器工作波長(zhǎng)為365nm波段。
[0018]所述光電探測(cè)器為GaN探測(cè)器，其工作波段為近紫外波段可探測(cè)經(jīng)過光致變形薄膜散射回來的光，用于激光測(cè)距。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用面形控制和面形測(cè)量共用同一光路，將薄膜反射鏡面形測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合到面形控制系統(tǒng)中，，從而實(shí)現(xiàn)輕小型、高可靠性、高面形控制精度的光致變形薄膜反射鏡。相比現(xiàn)有光致變形薄膜反射鏡面形控制系統(tǒng)，減少了獨(dú)立的面形測(cè)量系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單。再者本發(fā)明采用雙折射棱鏡、偏振旋轉(zhuǎn)器、液晶空間光調(diào)制器對(duì)準(zhǔn)直后的激光進(jìn)行掃描達(dá)到面形控制目的，不使用二維擺鏡提高了系統(tǒng)的可靠性且降低功耗。另外由于液晶空間光調(diào)制器光束掃描精度高，不存在擺鏡的慣性，也相應(yīng)提高了面形控制精度。本發(fā)明光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置將在空間天線、太陽帆等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有薄膜反射鏡面形控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，包括薄膜支撐架7、光致變形的薄膜8、薄膜邊界位移控制器9、雙折射棱鏡10、偏振旋轉(zhuǎn)器11、液晶空間光調(diào)制器12、分光棱鏡13、偏振態(tài)控制器14、自由空間光隔離器15、強(qiáng)度相位調(diào)制器16、第一激光準(zhǔn)直鏡17、激光器18、第二激光準(zhǔn)直鏡19和光電探測(cè)器20。
[0024]薄膜支撐架7將光致變形薄膜8周邊固定并保持平面狀態(tài)，采用薄膜邊界位移控制器9調(diào)節(jié)薄膜邊界位移量達(dá)到調(diào)節(jié)薄膜預(yù)張力的目的，從而完成薄膜初始狀態(tài)的保持。
[0025]激光器18發(fā)射的激光通過第一激光準(zhǔn)直鏡17得到準(zhǔn)直的激光，準(zhǔn)直激光通過強(qiáng)度相位調(diào)制器16、自由空間光隔離器15和偏振態(tài)控制器14，完成強(qiáng)度、相位、偏振方向和偏振態(tài)的調(diào)整，得到單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光，該單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光通過分光棱鏡13進(jìn)入液晶空間調(diào)制器12進(jìn)行小角度偏轉(zhuǎn)，再通過偏振旋轉(zhuǎn)器11改變偏轉(zhuǎn)方向，偏轉(zhuǎn)方向決定光通過雙折射棱鏡10偏轉(zhuǎn)的方向，激光最終通過液晶空間光調(diào)制器12、偏振旋轉(zhuǎn)器11和雙折射棱鏡10可實(shí)現(xiàn)光束大角度偏轉(zhuǎn)。而后光經(jīng)過雙折射棱鏡10掃描輸出到光致變形薄膜8的表面完成薄膜拉伸變形，從而完成薄膜面形控制過程。
[0026]經(jīng)過光致變形薄膜8散射回來的光經(jīng)過雙折射棱鏡10、偏振旋轉(zhuǎn)器11和液晶調(diào)制器12和分光棱鏡13后進(jìn)入第二激光準(zhǔn)直鏡19，光經(jīng)過第二激光準(zhǔn)直鏡19會(huì)聚到達(dá)光電探測(cè)器20，完成單點(diǎn)激光測(cè)距，通過多點(diǎn)測(cè)量后可擬合出薄膜拉伸變形量與理想面形作比較給面形控制系統(tǒng)提供面形修正量，從而完成薄膜面形的測(cè)量。
[0027]本發(fā)明采用薄膜支撐架7屬于碳纖維等有利于輕量化的材料。光致變形薄膜8屬于多疇光敏液晶彈性體材料，在光照下將有大形變量且隨偏振光方向改變而改變變形方向。薄膜邊界位移控制器9能精確的控制薄膜邊界位移。液晶空間光調(diào)制器12屬于傳統(tǒng)液晶器件可以進(jìn)行小角度的光束掃描，加上偏振旋轉(zhuǎn)器11和雙折射棱鏡10后可實(shí)現(xiàn)大角度(±10°以上)偏轉(zhuǎn)。偏振態(tài)控制器14屬于波片類型,可調(diào)節(jié)激光偏振方向和偏振態(tài)。自由空間光隔離器15屬于高隔離度類型，防止散射回的光影響激光器工作性能。激光器18屬于365nm的半導(dǎo)體激光器或固體激光器，其性能為單頻、高偏振度、高頻率穩(wěn)定性。光電探測(cè)器20為氮化鎵(GaN)探測(cè)器，接收波段與激光器18相匹配且有較高接收靈敏度。
[0028]根據(jù)光致變形薄膜的響應(yīng)特性選取相對(duì)應(yīng)單頻、高偏振度、高頻率穩(wěn)定性的激光器18和高接收靈敏度的光電探測(cè)器20。
[0029]根據(jù)薄膜反射鏡的尺寸及所要達(dá)到的面形及精度，計(jì)算光束掃描的角度，進(jìn)一步計(jì)算液晶空間光調(diào)制器12的尺寸，雙折射棱鏡10的厚度。
[0030]對(duì)分光棱鏡13、第一激光準(zhǔn)直鏡17、第二激光準(zhǔn)直鏡19表面鍍上365nm波段的高透射膜，其中分光棱鏡13中斜面鍍365nm波段半透半反膜。
[0031]本發(fā)明可以得到光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，此裝置將能保證光致變形薄膜反射鏡正常工作，并將使得光致變形薄膜反射鏡在空間光學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征是，薄膜支撐架(7)將光致變形薄膜(8)周邊固定并保持平面狀態(tài)，采用薄膜邊界位移控制器(9)調(diào)節(jié)薄膜邊界位移量，進(jìn)而調(diào)節(jié)薄膜預(yù)張力，從而完成薄膜初始狀態(tài)的保持；激光器(18)發(fā)射的激光通過第一激光準(zhǔn)直鏡(17)得到準(zhǔn)直的激光，準(zhǔn)直激光通過強(qiáng)度相位調(diào)制器(16)、自由空間光隔離器(15)和偏振態(tài)控制器(14)完成強(qiáng)度、相位、偏振方向和偏振態(tài)的調(diào)整，得到單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光，該單偏振態(tài)的準(zhǔn)直激光通過分光棱鏡(13)進(jìn)入液晶空間調(diào)制器(12)進(jìn)行小角度偏轉(zhuǎn)，再通過偏振旋轉(zhuǎn)器(11)改變偏轉(zhuǎn)方向，而后激光經(jīng)過雙折射棱鏡(10)掃描輸出到光致變形薄膜(8)的表面完成薄膜拉伸變形，從而完成薄膜面形控制過程；激光經(jīng)過光致變形薄膜(8)散射回來后經(jīng)過雙折射棱鏡(10)、偏振旋轉(zhuǎn)器(U)、液晶調(diào)制器(12)和分光棱鏡(13)后進(jìn)入第二激光準(zhǔn)直鏡(19)，激光經(jīng)過第二激光準(zhǔn)直鏡(19)會(huì)聚到達(dá)光電探測(cè)器(20)，完成單點(diǎn)激光測(cè)距，通過多點(diǎn)測(cè)量后可擬合出薄膜拉伸變形量，與理想面形作比較給面形控制系統(tǒng)提供面形修正量，從而完成薄膜面形的測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述雙折射棱鏡(10)、偏振旋轉(zhuǎn)器(11)和液晶空間光調(diào)制器(12)用于實(shí)現(xiàn)激光大角度掃描，其工作波段為365nm波段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述分光棱鏡(13)鍍有365nm波段半透半反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述兩個(gè)激光準(zhǔn)直鏡表面鍍有365nm波段全透射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述自由空間光隔離器(15)工作波長(zhǎng)為365nm波段，用于隔離散射回光路的激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述強(qiáng)度相位調(diào)制器(16)工作波段為紫外波段，用于調(diào)整激光的強(qiáng)度和相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述激光器(18)工作波長(zhǎng)為365nm波段。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致變形薄膜反射鏡的面形控制及測(cè)量裝置，其特征在于，所述光電探測(cè)器(20 )為GaN探測(cè)器，其工作波段為近紫外波段可探測(cè)經(jīng)過光致變形薄膜散射回來的光，用于激光測(cè)距。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103575232SQ201310570998
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】張鵬, 王天樞, 佟首峰, 姜會(huì)林 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)