[发明专利]兼具校正大幅值离焦和像散像差的双压电片变形反射镜

说明书

技术领域

本发明属于自适应光学系统的波前校正器技术领域，涉及一种双压电片变形反射镜。

背景技术

自适应光学技术的主要目的是实时地探测并校正光学系统的波前畸变，从而使光学系统始终保持良好的光学性能。而在所有需要校正的像差中往往离焦和像散占主要成份，例如人眼的像差中离焦和像散分别占80％和12.7％；大气湍流造成的波前误差中离焦像散的波前误差与所有高阶误差的总量相当。自适应光学系统中的关键器件就是变形反射镜，主要类型有：多元分立式压电变形反射镜，基于MEMS(微机电系统)技术的微变形镜以及双压电片变形反射镜。而目前使用较广泛的是多元分立式压电变形反射镜。随着单元数增多，这种变形镜校正高阶像差的能力比较突出，但是其致动机理决定了它的变形量受到单个驱动器变形量的限制，所以就很难在驱动器密集排布的情况下校正大幅值的低阶像差，如离焦和像散等。而且其制造工艺很复杂，制造周期长，价格也极其昂贵。MEMS微变形镜也是受制于变形机理，很难同时满足校正高阶像差和大幅值低阶像差的要求。相对于前两者，双压电片式变形反射镜具有可控变形量大、制造工艺简单、成本低廉的特点而日益受到重视。

公开号为WO 2005/124425的PCT申请，公开了一种双压电片变形反射镜，采用的是两片压电材料，在其中一片的外表面上用表面复制的工艺生成光学镜面，这种设计的缺点是工艺复杂，很难得到高质量的反射表面，而且这种主要由压电材料组成的结构本身强度较小，难以形成较大口径的光学镜面。公开号为WO 96/018919的PCT申请公开了一种多层压电可变形双压电晶片反射镜，采用多个压电层作为驱动层，单独的金属层作为镜面，从而保证了结构的强度；但是其外罩和镜面一体的设计结构增加了加工的难度而且很难用其它非金属材料实现这个复杂的结构，所以镜面材料的相对局限性就限制了这种变形镜的应用范围。专利号为US 6,464,364的美国专利公开了一种双压电变形反射镜，由两片压电材料作为驱动层，以期能获得较大的变形量。但是以上的这些结构都未对低阶像差进行特别考虑，特别是对离焦和像散的校正能力的关注是不够的，针对人眼成像和ICF光束净化系统等像差以离焦像散为主的系统就不能实现真正的最优的校正效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能在校正高阶像差的同时兼顾校正大幅值的离焦和像散像差的双压电片变形反射镜，实现大变形量和高阶校正能力的结合，从而为人眼成像以及ICF光束净化等系统提供高效而廉价的波前校正器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种兼具校正大幅值离焦和像散像差的双压电片变形反射镜，包含有镜面层、两个驱动层以及镜座；其特征在于：所述两个驱动层由两个圆形晶片组合而成；其中一个驱动层的其中一面的分立电极被划分为八个扇形区域，用于校正大幅值的离焦和像散类低阶像差；另一个驱动层的其中一面的分立电极被划分为10个以上小区域，用以校正其它的高阶像差。

所述的两个驱动层的顺序是可以互换。

所述镜面层的直径大于驱动层直径，粘接时只将镜面层的圆周边缘部分粘接到镜座上，而驱动层的边缘是相对自由的。

所述驱动层的材料可以是压电材料或电致伸缩材料。

所述镜面层的材料可以是玻璃、石英、硅或金属。

所述镜架是一个空心圆柱体；其材料可以是玻璃、石英、硅或金属。

所述分立电极间的间隙为0.5mm～1mm。

两个驱动层的两个表面都被有电极，其中一面是零极，另一面被划分为多个分立的电极；两个驱动层的不同之处在于它们的分立电极的划分形式：其中一层的分立电极划分为多个小的块状区域(可以是扇块、矩形、六边形等)，目的是用来校正高阶的小幅值的像差；而另一片驱动层的分立电极则仅仅划分为八个扇形区域，专门用于校正离焦和像散等大幅值的低阶像差。这样便能同时实现对大幅值低阶像差和小幅值高阶像差进行校正的目的。

本发明与现有技术相比所具有的优点：

1、本发明的双压电片变形反射镜对离焦和像散像差的校正能力更加突出，同时也保证了高阶像差的校正精度；

2、本发明的双压电片变形反射镜的驱动层的边缘相对自由，得到的有效变形量更大；

3、本发明的双压电片变形反射镜结构简单，加工难度低，易于实现，成本较低。

附图说明

图1a为本发明双压电片变形反射镜驱动层和镜面层的结构图；

图中，11是镜面层，12、13是驱动层，14是电极中的零极，15、16是分立电极；图1b是整个变形镜的结构图，17是镜座；