一种大校正量低阶变形反射镜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大校正量低阶变形反射镜，它由镜面、耦合结构、驱动器和底座组成：每个驱动器的一端固定在一个大块整体底座上，另一端通过耦合结构与镜面相连。其中，镜面使用超高光洁度抛光的单晶硅材料，保证了镀制膜层的高反射率和低吸收系数；驱动器由多层压电陶瓷片或电致伸缩陶瓷片组成；底座和镜面采用相同的材料以匹配其热膨胀系数。耦合结构作为柔性连接来调节镜面的局部倾斜。当施加工作电压时，耦合结构减小了驱动器的弯曲刚度，提高了镜面的偏斜能力，增大了变形反射镜的行程，同时，耦合结构增大了相邻驱动器之间的交连值，增强了变形反射镜的低阶校正能力，从而满足大功率激光发射系统的校正要求。
【专利说明】一种大校正量低阶变形反射镜
【技术领域】
[0001]本发明属于自适应光学系统的波前校正【技术领域】，涉及一种大校正量低阶变形反射镜，用于发射激光的自适应光学系统，可以校正大气热晕效应和潮流扰动、激光腔内误差和光学系统误差等引起的误差。
【背景技术】
[0002]变形反射镜是自适应光学系统的核心器件之一。它通过改变表面面形来实现波前控制和光学像差校正。变形反射镜在激光加工、激光发射和远距离输运、聚焦系统等方面有重要的应用，是激光光束质量和聚焦特性自适应控制的关键技术。
[0003]无论气体化学激光器或是固体激光器，在大功率输出情况下均存在较大热变形问题，美国 David 等人曾经在文献 “High-Energy Hydrogen Fluoride/Deuterium FluorideLaser Beam Correct1n:History and Iaaues” 2006,提出化学激光器具有各种空间和时间成分的像差，其中低空间频率的像差成分占主要分量，国内许冰在文章“哈特曼波前传感器对C0IL激光器光束质量测量的初步结果”1996，杨平在OPTICS EXPRESS等杂志中分别对气体化学激光器和固体激光器像差进行测量，测量结果表明，由于热变形等原因，激光器输出光束中存在大量大幅度低阶像差，这些像差在Zernike像差中表现为离焦、象散等低阶成分。这些低阶大幅度的像差需要通过自适应光学补偿控制的方法消除，并且要求校正后残差尽可能小。
[0004]专利ZL2007100833867所述的传统分立式连续表面变形反射镜，由镜面、驱动器和底座组成。镜面和驱动器直接连接，如图1所示。驱动器在外加电压作用下产生轴向伸缩，从而推动镜面产生局部变形。分立式连续表面变形反射镜的主要性能指标是行程和交连值。在保证镜子交连值的前提下，镜子的行程受到镜面许用应力的限制，通过对镜面厚度和驱动器刚度的匹配调整，正三角形排布间距为20.5的Φ14驱动器组成的变形镜的最大行程为6um，交连值为9.5%，无法满足大幅度低阶像差的校正需求。
[0005]新型变形反射镜，如双压电变形反射镜能够产生大校正量像差，并且具有良好的低阶像差校正效果，周虹在博士论文“双压电片变形反射镜研制与应用研究”中对这种变形反射镜进行详细研究，发现利用这种结构变形反射镜可以产生超过10um的变形量，但是，如图2所示，由于镜子的特殊结构，其采用的镜面材料和驱动层材料的膨胀系数不能匹配，使得这种镜子对温度变化十分敏感。在大功率激光系统中，激光束加热造成的温升会引起很大的变形，不适宜用于大功率密度的激光器光束控制领域。
[0006]本发明提出了一种新型大校正量低阶变形反射镜，这种镜子能够获得双压电变形反射镜类似的性能，既能够产生大校正量像差，并且具有良好的低阶像差校正效果，同时具备温度变化不敏感的特性，克服了传统镜子的不足，成功地解决了大功率激光器中的低阶像差校正问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是设计了一种新型大校正量低阶变形反射镜，既能够产生大校正量像差，又具有良好的低阶像差校正效果，同时具备温度变化不敏感的特性，成功地应用于大功率激光发射系统中。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种大校正量低阶变形反射镜，由镜面、耦合结构、驱动器和底座组成；驱动器和镜面之间通过耦合结构相连，耦合结构作为柔性连接来调节镜面的局部倾斜；驱动器的一端固定在刚性底座上，另一端通过耦合结构与镜面相连；所述耦合结构作为柔性连接来调节镜面的局部倾斜和交连值:当施加工作电压时，耦合结构减小了驱动器的弯曲刚度，提高了镜面的偏斜能力，增大了变形反射镜的行程，同时，耦合结构增大了相邻驱动器之间的交连值，增强了变形反射镜的低阶校正能力。
[0009]进一步的，镜面使用超高光洁度抛光的单晶硅。
[0010]进一步的，驱动器由多层压电陶瓷片或电致伸缩陶瓷片组成。
[0011]进一步的，镜面和底座使用相同的材料以匹配其热膨胀系数。
[0012]本技术与现有技术相比具有的优点:
[0013]1)本发明所公开的新型大校正量低阶变形反射镜，与ZL2007100833867相比，驱动器(3)的弯曲刚度相对镜面(1)较小，变形反射镜的行程大幅度提高，解决了大功率激光器的大幅度像差校正问题。
[0014]2)本发明所公开的新型大校正量低阶变形反射镜，由于采用了耦合结构(2)，变形镜的交连值增大，解决了大功率激光器的低阶校正问题。
[0015]3)本发明所公开的新型大校正量低阶变形反射镜，与双压电变形反射镜相比，具备对温度变化不敏感的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为传统分立式变形反射镜结构示意图；
[0017]图2为双压电变形反射镜结构示意图；
[0018]图3为大校正量低阶变形反射镜结构原理图；
[0019]图4为大校正量低阶变形反射镜连接示意图；
[0020]图5为85单元低阶大校正量变形反射镜排布示意图。
[0021]图中，1为镜面,2为稱合结构,3为驱动器,4为底座,5为驱动层。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
[0023]如图3所示，所述大校正量低阶变形反射镜由镜面1、耦合结构2、驱动器3和底座4四个部分组成。驱动器3的一端固定在刚性底座4上，另一端通过耦合结构2与镜面1相连。
[0024]所述耦合结构2作为柔性连接来调节镜面1的局部倾斜和交连值:当施加工作电压时，耦合结构2减小了驱动器3的弯曲刚度，提高了镜面1的偏斜能力，增大了变形反射镜的行程，同时，耦合结构2增大了相邻驱动器3之间的交连值，增强了变形反射镜的低阶校正能力。在某些情形中，耦合结构2应与镜面1做成一个整体结构。
[0025]所述镜面1为连续镜面1，采用超高光洁度抛光的单晶硅材料，保证了镀制膜层的高反射率和低吸收系数。镜面1和底座4采用相同的材料以匹配其热膨胀系数。
[0026]所述驱动器3由多层压电陶瓷片或电致伸缩陶瓷片组成。驱动器3的控制电压供给层间电极。每个驱动器3的顶部和镜面1之间由耦合结构2连接。
[0027]下面结合图4说明【具体实施方式】。
[0028]低阶大校正量变形反射镜，包含镜面1、耦合结构2、驱动器3和底座4。驱动器3的一端固定在底座4上，另一端通过耦合结构2与镜面1相连。施加电压时，驱动器3发生位移，通过耦合结构2驱动镜面1发生可控的局部变形。耦合结构2减小了驱动器3的弯曲刚度，提高了镜面1的偏斜能力，增大了变形反射镜的行程，同时，耦合结构2增大了相邻驱动器3之间的交连值，增强了变形反射镜的低阶校正能力。
[0029]通过这种方式研制并成功应用的85单元低阶大校正量变形反射镜如图5所示。驱动器为Φ 14驱动器，极间距为20.5mm，变形镜的行程为12um，相较传统分立式变形镜的行程提高了一倍；同时其交连值也大幅提高，满足大校正量低阶像差的校正需求。
[0030]本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种大校正量低阶变形反射镜，其特征在于:由镜面(11耦合结构(2)、驱动器(3)和底座⑷组成；驱动器⑶和镜面⑴之间通过耦合结构⑵相连，耦合结构⑵作为柔性连接来调节镜面(1)的局部倾斜；驱动器(3)的一端固定在刚性底座(4)上，另一端通过耦合结构(2)与镜面(1)相连；所述耦合结构(2)作为柔性连接来调节镜面(1)的局部倾斜和交连值:当施加工作电压时，耦合结构(2)减小了驱动器(3)的弯曲刚度，提高了镜面(1)的偏斜能力，增大了变形反射镜的行程，同时，耦合结构(2)增大了相邻驱动器(3)之间的交连值，增强了变形反射镜的低阶校正能力。
2.根据权利要求1所述的一种大校正量低阶变形反射镜，其特征在于:镜面(1)使用超高光洁度抛光的单晶硅。
3.根据权利要求1所述的一种大校正量低阶变形反射镜，其特征在于:驱动器(3)由多层压电陶瓷片或电致伸缩陶瓷片组成。
4.根据权利要求1所述的一种大校正量低阶变形反射镜，其特征在于:镜面(1)和底座(4)使用相同的材料以匹配其热膨胀系数。
【文档编号】G02B26/06GK104407435SQ201410745368
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】程琳, 官春林, 周虹 申请人:中国科学院光电技术研究所