[发明专利]变形镜的设计方法

说明书

本公开提供一种变形镜的设计方法，包括：根据目标行程要求，确定变形镜的镜面和促动器的结构参数范围；构建变形镜仿真模型，获得各个促动器的影响函数；通过将各个促动器的影响函数代入高精度电压迭代算法，反复优化各个促动器的控制电压，获得初始拟合面形；以及对所述初始拟合面形进行效果评估并进行结构优化，获得拟合效果最佳的变形镜结构，完成变形镜的设计。

技术领域

本公开涉及自适应光学技术领域，尤其涉及一种变形镜的设计方法。

背景技术

波前校正器通过改变光路长度或折射率来实现波前畸变的实时校正，是自适应光学系统的核心部件。波前校正器的发展水平从某种意义上代表了自适应光学技术的发展水平，其工作的本质是改变入射光束的波前形状，主要通过变形反射镜实现。

随着成像系统中目标物距离不断增大，光谱范围不断提升，需要变形镜具有补偿远距离大气扰动的高幅值相位误差能力，因此，需要变形镜满足更大行程(大于50μm)的要求。

大行程变形镜的研制面临的主要问题是：增大变形镜的行程将使镜面应力超出许用应力，镜面容易破裂。而镜面应力与变形镜镜面厚度、驱动器位置排布等参数有关，这些参数将影响变形镜的拟合精度。除此之外，传统变形镜的设计过程，是根据经验提出变形镜大致结构，再利用有限元分析形变，并不断修改参数。在此过程中会出现求解误差，无法确保拟合面形精度足够高，并且工作量大、效率低。

发明内容

基于上述问题，本公开提供了一种变形镜的设计方法，以缓解现有技术中的变形镜大行程设计时影响变形镜拟合精度等技术问题。

(一)技术方案

本公开提供一种变形镜的设计方法，包括：根据目标行程要求，确定变形镜的镜面和促动器的结构参数范围；构建变形镜仿真模型，获得各个促动器的影响函数；通过将各个促动器的影响函数代入高精度电压迭代算法，反复优化各个促动器的控制电压，获得初始拟合面形；以及对所述初始拟合面形进行效果评估并进行结构优化，获得拟合效果最佳的变形镜结构，完成变形镜的设计。

根据本公开实施例，目标行程要求为不大于100μm。

根据本公开实施例，所述促动器包括驱动柱，所述驱动柱的制成材料选自层叠压电片材料、电致伸缩材料；所述镜面的制成材料选自单晶硅、SiC、金、银、铝。

根据本公开实施例，所述变形镜仿真模型为连续式变形镜有限元仿真模型。

根据本公开实施例，所述影响函数为各个促动器单独施加单位电压后产生的面形点云坐标矩阵。

根据本公开实施例，所述通过将各个促动器的影响函数代入高精度电压迭代算法，反复优化各个促动器的控制电压，包括：定义一个迭代评价参数，当评价参数为最小值时电压停止优化；所述评价参数用目标面形和当前初始拟合面形的标准泽尼克系数向量偏差表示。

根据本公开实施例，通过最速下降法反复优化各个促动器的控制电压，直到评价参数为最小值时停止优化。

根据本公开实施例，通过残余面形RMS值和面形PV值对面形拟合效果进行评估。

根据本公开实施例，进行结构优化时，首先确定最优的促动器排布方式，然后确定促动器数量，最后确定促动器间距，反复优化以得到残余面形RMS值最小的变形镜结构。

根据本公开实施例，变形镜排布方式按对称性排布，最外围促动器尽量靠近镜面边缘。

(二)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开变形镜的设计方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)变形镜大行程下面形拟合精度高；

(2)解决了大行程下镜面应力控制问题；