[发明专利]一种激光驱动的可变形反射镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应光学系统的变形镜。

背景技术

变形镜(DMs)是自适应光学系统的关键部件，美国Itek公司最先开始研制变形镜并与1973年研制成功第一块21单元整体压电变形镜。80年代法国Laserdot公司研制成功52单元分立式压电变形镜并提供给欧洲南方天文台使用。我国这方面起步较晚，中科院光电研究所与1986年研制成功19单元分立式压电变形镜并马上应用于被誉为“神光”的核聚变光学系统，这是世界上首次将变形镜应用于校正激光核聚变光学系统的波前误差。可变形反射镜作为空间光调制器，还成功地在光束净化、光束整形、激光腔内像差校正以及通讯和遥感等多方面都得到了应用。

图1所示是一个典型的自适应光学结构图。此系统是使用波前传感器2探测入射光波1前畸变，然后通过控制器向波前校正设备发出控制信号，控制可变形反射镜镜面的动作，使镜面(变形镜)3发生形变。当镜面形变与畸变相位满足相位共轭关系时，畸变就会被抵消掉，从而波前得到恢复，成像(CCD)4分辨率得到提高^[1]。镜面形变的能力影响着整个自适应光学系统的性能。

然而传统的压电式、电磁式、液压式等驱动方式的变形镜，驱动电压高，体积大，驱动电极也较少，因此镜面形变的性能也较差。最新出现的利用静电驱动的可变形反射镜尽管有驱动电压低，变形量大的优点，但是每一个单元都需要一个闭环的回路进行控制，不利于器件的微型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形变量大的激光驱动的可变形反射镜。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种激光驱动的可变形反射镜，其特征在于：它由感光底层5、支撑柱6、镜面组成；感光底层5由光敏材料砷化镓半导体晶片构成，光敏材料砷化镓半导体晶片的下表面为ZnO层；镜面由聚脂薄膜7、铝膜8构成，聚脂薄膜7的上表面镀有一层铝膜8；感光底层5的上表面沉淀有栅格状的支撑柱6，支撑柱6的上端面与镜面的聚脂薄膜下表面相胶粘；镜面的铝膜8、感光底层5的ZnO层分别由导线与电压源9相连。

所述的感光底层5的直径为5.08cm，厚度为0.5mm。

所述的聚脂薄膜7的厚度为2μm。

所述的铝膜8的厚度为0.4μm。

所述的栅格状的支撑柱6的高度为5μm。

所述的栅格状的支撑柱6为聚酰亚胺材料。

所述的镜面含有16个形变单元。

本发明包括三个部分：以聚脂薄膜为主体做成的2.4μm厚的镜面，支撑镜面的5μm高栅格状的支撑柱，以及由光敏材料砷化镓(GaAs)构成的感光底层，同时在镜面与感光底层之间施加偏置的高频交流电压。当感光底层背面被激光照亮时，GaAs中载流子的变化导致镜面与感光底层之间电阻的重新分布，从而镜面与感光底层之间电压发生变化，因此在静电力的作用下，被光照亮的区域对应的镜面部分将会发生相应的形变，其最大形变量可以达到0.85um。

理论分析及实验表明：在光强没有达到饱和前，变形镜的形变量与光强及电压的幅值存在线性关系，与交流电压的频率满足二次函数关系，因此增加光强或偏置电压幅值都可以增加变形镜的形变量，选择恰当交流电压的频率，可以进一步提高变形镜的形变量。

传统的压电式、电磁式、液压式等驱动方式的变形镜，驱动电压高，体积大，驱动电极也较少，因此镜面形变的性能也较差。最新出现的利用静电驱动的可变形反射镜尽管有驱动电压低，变形量大的优点，但是每一个单元都需要一个闭环的回路进行控制，不利于器件的微型化。从解决这些问题出发，本发明提出了一种利用激光，可进行远距离驱动的可变形反射镜，这样减少操作人员靠近在一些危险的环境(如高温、辐射)。

本发明利用激光驱动的16形变单元可变形反射镜，其最大形变量可达0.85μm，有效反射面积可达20cm²。

附图说明

图1是现有自适应光学系统结构图

图2是本发明激光驱动的可变形反射镜的结构示意图

图3是本发明激光驱动的可变形反射镜的加工工艺流程图

图4是工作模型图

图5是简化的电路图

图6是变形镜形变示意图

图7是GaAs的吸收率与入射光波长的关系图

图8是单元反射镜面的干涉条纹图

图9是可变形反射镜镜面的维形貌图

图10是形变量的影响因数图

图中：1-入射光波，2-波前传感器，3-镜面，4-成像，5-感光底层，6-栅格状的支撑柱，7-聚脂薄膜，8-铝膜，9-电压源，10-ZnO层。

具体实施方式