[發明專利]兼具校正大幅值離焦和像散像差的雙壓電片變形反射鏡

無效

• 申請號: 200910076511.0
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN101464559A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 姜文漢;周虹;官春林;葉清秀;張小軍;楊梅;寧禹;饒長輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 李新華;徐開翟

技術領域

本發明屬于自適應光學系統的波前校正器技術領域，涉及一種雙壓電片變形反射鏡。

背景技術

自適應光學技術的主要目的是實時地探測并校正光學系統的波前畸變，從而使光學系統始終保持良好的光學性能。而在所有需要校正的像差中往往離焦和像散占主要成份，例如人眼的像差中離焦和像散分別占80％和12.7％；大氣湍流造成的波前誤差中離焦像散的波前誤差與所有高階誤差的總量相當。自適應光學系統中的關鍵器件就是變形反射鏡，主要類型有：多元分立式壓電變形反射鏡，基于MEMS(微機電系統)技術的微變形鏡以及雙壓電片變形反射鏡。而目前使用較廣泛的是多元分立式壓電變形反射鏡。隨著單元數增多，這種變形鏡校正高階像差的能力比較突出，但是其致動機理決定了它的變形量受到單個驅動器變形量的限制，所以就很難在驅動器密集排布的情況下校正大幅值的低階像差，如離焦和像散等。而且其制造工藝很復雜，制造周期長，價格也極其昂貴。MEMS微變形鏡也是受制于變形機理，很難同時滿足校正高階像差和大幅值低階像差的要求。相對于前兩者，雙壓電片式變形反射鏡具有可控變形量大、制造工藝簡單、成本低廉的特點而日益受到重視。

公開號為WO?2005/124425的PCT申請，公開了一種雙壓電片變形反射鏡，采用的是兩片壓電材料，在其中一片的外表面上用表面復制的工藝生成光學鏡面，這種設計的缺點是工藝復雜，很難得到高質量的反射表面，而且這種主要由壓電材料組成的結構本身強度較小，難以形成較大口徑的光學鏡面。公開號為WO?96/018919的PCT申請公開了一種多層壓電可變形雙壓電晶片反射鏡，采用多個壓電層作為驅動層，單獨的金屬層作為鏡面，從而保證了結構的強度；但是其外罩和鏡面一體的設計結構增加了加工的難度而且很難用其它非金屬材料實現這個復雜的結構，所以鏡面材料的相對局限性就限制了這種變形鏡的應用范圍。專利號為US?6,464,364的美國專利公開了一種雙壓電變形反射鏡，由兩片壓電材料作為驅動層，以期能獲得較大的變形量。但是以上的這些結構都未對低階像差進行特別考慮，特別是對離焦和像散的校正能力的關注是不夠的，針對人眼成像和ICF光束凈化系統等像差以離焦像散為主的系統就不能實現真正的最優的校正效果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種能在校正高階像差的同時兼顧校正大幅值的離焦和像散像差的雙壓電片變形反射鏡，實現大變形量和高階校正能力的結合，從而為人眼成像以及ICF光束凈化等系統提供高效而廉價的波前校正器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種兼具校正大幅值離焦和像散像差的雙壓電片變形反射鏡，包含有鏡面層、兩個驅動層以及鏡座；其特征在于：所述兩個驅動層由兩個圓形晶片組合而成；其中一個驅動層的其中一面的分立電極被劃分為八個扇形區域，用于校正大幅值的離焦和像散類低階像差；另一個驅動層的其中一面的分立電極被劃分為10個以上小區域，用以校正其它的高階像差。

所述的兩個驅動層的順序是可以互換。

所述鏡面層的直徑大于驅動層直徑，粘接時只將鏡面層的圓周邊緣部分粘接到鏡座上，而驅動層的邊緣是相對自由的。

所述驅動層的材料可以是壓電材料或電致伸縮材料。

所述鏡面層的材料可以是玻璃、石英、硅或金屬。

所述鏡架是一個空心圓柱體；其材料可以是玻璃、石英、硅或金屬。

所述分立電極間的間隙為0.5mm～1mm。

兩個驅動層的兩個表面都被有電極，其中一面是零極，另一面被劃分為多個分立的電極；兩個驅動層的不同之處在于它們的分立電極的劃分形式：其中一層的分立電極劃分為多個小的塊狀區域(可以是扇塊、矩形、六邊形等)，目的是用來校正高階的小幅值的像差；而另一片驅動層的分立電極則僅僅劃分為八個扇形區域，專門用于校正離焦和像散等大幅值的低階像差。這樣便能同時實現對大幅值低階像差和小幅值高階像差進行校正的目的。

本發明與現有技術相比所具有的優點：

1、本發明的雙壓電片變形反射鏡對離焦和像散像差的校正能力更加突出，同時也保證了高階像差的校正精度；

2、本發明的雙壓電片變形反射鏡的驅動層的邊緣相對自由，得到的有效變形量更大；

3、本發明的雙壓電片變形反射鏡結構簡單，加工難度低，易于實現，成本較低。

附圖說明

圖1a為本發明雙壓電片變形反射鏡驅動層和鏡面層的結構圖；

圖中，11是鏡面層，12、13是驅動層，14是電極中的零極，15、16是分立電極；圖1b是整個變形鏡的結構圖，17是鏡座；