一種大校正量低階變形反射鏡制造技術

本發明專利技術公開了一種大校正量低階變形反射鏡，它由鏡面、耦合結構、驅動器和底座組成：每個驅動器的一端固定在一個大塊整體底座上，另一端通過耦合結構與鏡面相連。其中，鏡面使用超高光潔度拋光的單晶硅材料，保證了鍍制膜層的高反射率和低吸收系數；驅動器由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成；底座和鏡面采用相同的材料以匹配其熱膨脹系數。耦合結構作為柔性連接來調節鏡面的局部傾斜。當施加工作電壓時，耦合結構減小了驅動器的彎曲剛度，提高了鏡面的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構增大了相鄰驅動器之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力，從而滿足大功率激光發射系統的校正要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于自適應光學系統的波前校正
，涉及一種大校正量低階變形反射鏡，用于發射激光的自適應光學系統，可以校正大氣熱暈效應和潮流擾動、激光腔內誤差和光學系統誤差等引起的誤差。
技術介紹
變形反射鏡是自適應光學系統的核心器件之一。它通過改變表面面形來實現波前控制和光學像差校正。變形反射鏡在激光加工、激光發射和遠距離輸運、聚焦系統等方面有重要的應用，是激光光束質量和聚焦特性自適應控制的關鍵技術。無論氣體化學激光器或是固體激光器，在大功率輸出情況下均存在較大熱變形問題，美國David等人曾經在文獻“High-Energy?Hydrogen?Fluoride/Deuterium?Fluoride?Laser?Beam?Correction：History?and?Iaaues”2006，提出化學激光器具有各種空間和時間成分的像差，其中低空間頻率的像差成分占主要分量，國內許冰在文章“哈特曼波前傳感器對COIL激光器光束質量測量的初步結果”1996，楊平在OPTICS?EXPRESS等雜志中分別對氣體化學激光器和固體激光器像差進行測量，測量結果表明，由于熱變形等原因，激光器輸出光束中存在大量大幅度低階像差，這些像差在Zernike像差中表現為離焦、象散等低階成分。這些低階大幅度的像差需要通過自適應光學補償控制的方法消除，并且要求校正后殘差盡可能小。專利ZL2007100833867所述的傳統分立式連續表面變形反射鏡，由鏡面、驅動器和底座組成。鏡面和驅動器直接連接，如圖1所示。驅動器在外加電壓作用下產生軸向伸縮，從而推動鏡面產生局部變形。分立式連續表面變形反射鏡的主要性能指標是行程和交連值。在保證鏡子交連值的前提下，鏡子的行程受到鏡面許用應力的限制，通過對鏡面厚度和驅動器剛度的匹配調整，正三角形排布間距為20.5的Ф14驅動器組成的變形鏡的最大行程為6um，交連值為9.5％，無法滿足大幅度低階像差的校正需求。新型變形反射鏡，如雙壓電變形反射鏡能夠產生大校正量像差，并且具有良好的低階像差校正效果，周虹在博士論文“雙壓電片變形反射鏡研制與應用研究”中對這種變形反射鏡進行詳細研究，發現利用這種結構變形反射鏡可以產生超過10um的變形量，但是，如圖2所示，由于鏡子的特殊結構，其采用的鏡面材料和驅動層材料的膨脹系數不能匹配，使得這種鏡子對溫度變化十分敏感。在大功率激光系統中，激光束加熱造成的溫升會引起很大的變形，不適宜用于大功率密度的激光器光束控制領域。本專利技術提出了一種新型大校正量低階變形反射鏡，這種鏡子能夠獲得雙壓電變形反射鏡類似的性能，既能夠產生大校正量像差，并且具有良好的低階像差校正效果，同時具備溫度變化不敏感的特性，克服了傳統鏡子的不足，成功地解決了大功率激光器中的低階像差校正問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是設計了一種新型大校正量低階變形反射鏡，既能夠產生大校正量像差，又具有良好的低階像差校正效果，同時具備溫度變化不敏感的特性，成功地應用于大功率激光發射系統中。本專利技術所采用的技術方案是：一種大校正量低階變形反射鏡，由鏡面、耦合結構、驅動器和底座組成；驅動器和鏡面之間通過耦合結構相連，耦合結構作為柔性連接來調節鏡面的局部傾斜；驅動器的一端固定在剛性底座上，另一端通過耦合結構與鏡面相連；所述耦合結構作為柔性連接來調節鏡面的局部傾斜和交連值：當施加工作電壓時，耦合結構減小了驅動器的彎曲剛度，提高了鏡面的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構增大了相鄰驅動器之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。進一步的，鏡面使用超高光潔度拋光的單晶硅。進一步的，驅動器由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成。進一步的，鏡面和底座使用相同的材料以匹配其熱膨脹系數。本技術與現有技術相比具有的優點：1)本專利技術所公開的新型大校正量低階變形反射鏡，與ZL2007100833867相比，驅動器(3)的彎曲剛度相對鏡面(1)較小，變形反射鏡的行程大幅度提高，解決了大功率激光器的大幅度像差校正問題。2)本專利技術所公開的新型大校正量低階變形反射鏡，由于采用了耦合結構(2)，變形鏡的交連值增大，解決了大功率激光器的低階校正問題。3)本專利技術所公開的新型大校正量低階變形反射鏡，與雙壓電變形反射鏡相比，具備對溫度變化不敏感的特性。附圖說明圖1為傳統分立式變形反射鏡結構示意圖；圖2為雙壓電變形反射鏡結構示意圖；圖3為大校正量低階變形反射鏡結構原理圖；圖4為大校正量低階變形反射鏡連接示意圖；圖5為85單元低階大校正量變形反射鏡排布示意圖。圖中，1為鏡面，2為耦合結構，3為驅動器，4為底座，5為驅動層。具體實施方式下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本專利技術。如圖3所示，所述大校正量低階變形反射鏡由鏡面1、耦合結構2、驅動器3和底座4四個部分組成。驅動器3的一端固定在剛性底座4上，另一端通過耦合結構2與鏡面1相連。所述耦合結構2作為柔性連接來調節鏡面1的局部傾斜和交連值：當施加工作電壓時，耦合結構2減小了驅動器3的彎曲剛度，提高了鏡面1的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構2增大了相鄰驅動器3之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。在某些情形中，耦合結構2應與鏡面1做成一個整體結構。所述鏡面1為連續鏡面1，采用超高光潔度拋光的單晶硅材料，保證了鍍制膜層的高反射率和低吸收系數。鏡面1和底座4采用相同的材料以匹配其熱膨脹系數。所述驅動器3由多層壓電陶瓷片或電致伸縮陶瓷片組成。驅動器3的控制電壓供給層間電極。每個驅動器3的頂部和鏡面1之間由耦合結構2連接。下面結合圖4說明具體實施方式。低階大校正量變形反射鏡，包含鏡面1、耦合結構2、驅動器3和底座4。驅動器3的一端固定在底座4上，另一端通過耦合結構2與鏡面1相連。施加電壓時，驅動器3發生位移，通過耦合結構2驅動鏡面1發生可控的局部變形。耦合結構2減小了驅動器3的彎曲剛度，提高了鏡面1的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構2增大了相鄰驅動器3之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。通過這種方式研制并成功應用的85單元低階大校正量變形反射鏡如圖5所示。驅動器為Φ14驅動器，極間距為20.5mm，變形鏡的行程為12um，相較傳統分立式變形鏡的行程提高了一倍；同時其交連值也大幅提高，滿足大校正量低階像差的校正需求。本專利技術未詳細闡述部分屬于本領域技術人員的公知技術。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大校正量低階變形反射鏡，其特征在于：由鏡面(1)、耦合結構(2)、驅動器(3)和底座(4)組成；驅動器(3)和鏡面(1)之間通過耦合結構(2)相連，耦合結構(2)作為柔性連接來調節鏡面(1)的局部傾斜；驅動器(3)的一端固定在剛性底座(4)上，另一端通過耦合結構(2)與鏡面(1)相連；所述耦合結構(2)作為柔性連接來調節鏡面(1)的局部傾斜和交連值：當施加工作電壓時，耦合結構(2)減小了驅動器(3)的彎曲剛度，提高了鏡面(1)的偏斜能力，增大了變形反射鏡的行程，同時，耦合結構(2)增大了相鄰驅動器(3)之間的交連值，增強了變形反射鏡的低階校正能力。

【技術特征摘要】
1.一種大校正量低階變形反射鏡，其特征在于：由鏡面(1)、耦合結構(2)、驅動器(3)
和底座(4)組成；驅動器(3)和鏡面(1)之間通過耦合結構(2)相連，耦合結構(2)
作為柔性連接來調節鏡面(1)的局部傾斜；驅動器(3)的一端固定在剛性底座(4)上，
另一端通過耦合結構(2)與鏡面(1)相連；所述耦合結構(2)作為柔性連接來調節鏡面
(1)的局部傾斜和交連值：當施加工作電壓時，耦合結構(2)減小了驅動器(3)的彎曲
剛度，提高了鏡面(1)的偏斜能力，增大了變形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程琳，官春林，周虹，
申請(專利權)人：中國科學院光電技術研究所，
類型：發明
國別省市：四川;51