[實用新型]一種復合式壓電變形鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621113020.0
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN206161956U
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 馬劍強;朱正雄;田雷;章家連
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司33246
• 代理人: 黃芳

技術領域

本實用新型屬于光學器件領域，涉及一種復合式壓電變形鏡，用在天文望遠鏡中作像差校正。

技術背景

自適應光學是近幾十年發(fā)展起來的一種波前校正技術，通過調整變形鏡的面形實現(xiàn)對光路中畸變波前的校正，提高成像分辨率。自適應光學對天文望遠鏡的發(fā)展產生了革命性的影響，現(xiàn)代大型地基、天基望遠鏡幾乎都配備了自適應光學系統(tǒng)。隨著天文望遠鏡（尤其是更大口徑望遠鏡的建設）也對自適應光學需求的增加，對關鍵器件變形鏡提出了更高的挑戰(zhàn)：驅動器數目高達上千乃至上萬，變形量在10微米以上，帶寬在百赫茲以上。雙壓電或者單壓電變形鏡采用橫向壓電效應驅動鏡面變形，具有結構簡單、輕量化、低成本等優(yōu)點，在8-10米級望遠鏡中有著廣闊的應用前景。

美國專利US 6,464,364 B2公開了一種雙壓電片變形鏡，由兩片壓電陶瓷或電致伸縮材料粘接而成，其中一片的外表面經過拋光鍍反射層作為光學表面，同時也作為產生離焦的驅動層，另一片外表面圖形化出分立電極陣列作為校正高階像差的驅動層。由于普通壓電陶瓷材料質地松脆很難制作出較大口徑的高質量光學鏡面。變形鏡驅動器的諧振頻率與變形鏡尺寸的平方成反比，驅動器規(guī)模擴大（尺寸增加）導致工作頻率的下降。為在保持工作頻率的前提下擴大變形鏡驅動器規(guī)模并降低成本，國際專利WO 2009/007447 A2公開了一種基于模塊化的單壓電片變形鏡，器件由多個分離的子變形鏡拼接而成，系統(tǒng)的諧振頻率由子變形鏡決定，但是存在鏡面不連續(xù)以及各子變形鏡之間的相位協(xié)調難度高的問題。以上這些變形鏡的設計無法滿足天文望遠鏡中大氣擾動波前畸變校正的需要。

發(fā)明內容

本實用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種既具有高驅動器數目又具有高工作帶寬的低成本高性能的復合式壓電變形鏡，為天文望遠鏡提供一種新的波前校正器。

一種復合式壓電變形鏡，其特征在于：包括單壓電變形鏡和單壓電執(zhí)行器陣列，單壓電變形鏡設置在單壓電執(zhí)行器陣列的上方，并通過連接在單壓電執(zhí)行器陣列上的連接柱支撐；單壓電變形鏡由從上往下依次設置的光學反射層、第一彈性層、作為公共地的正面電極層、第一壓電層、背面電極層；單壓電執(zhí)行器陣列包括多個固定于帶通孔的基座上的單壓電執(zhí)行器，每個單壓電執(zhí)行器包括第二彈性層和第二壓電層，第二壓電層的兩面均覆蓋有電極層，每個單壓電執(zhí)行器上均連接有支撐用的連接柱。本實用新型由上、下兩層的壓電變形鏡組合而成，在集成化程度上更高；下部單壓電執(zhí)行器通過連接柱將其產生的位移傳遞到變形鏡鏡面，下部的單壓電執(zhí)行器陣列可提供大變形用于校正低階像差，上部單壓電片變形鏡則用于校正高階像差，兩個變形鏡的結合提升整體校正性能，通過下部的單壓電驅動器陣列的約束作用，使單壓電片變形鏡的固有頻率不直接依賴于變形鏡直徑，提高了變形鏡的工作帶寬。

進一步，單壓電變形鏡正面電極層是整片結構，背面電極層是由多個小電極組合而成，使得單壓電變形鏡能夠校正高階像差。

進一步，單壓電變形鏡的電極數量比單壓電執(zhí)行器陣列電極數量高一或兩個數量級，可以很好地校正高階像差。

進一步，單壓電執(zhí)行器的諧振頻率比單壓電變形鏡的諧振頻率高，經過連接柱支撐后，單壓電變形鏡諧振頻率提高。

進一步，單壓電執(zhí)行器陣列中的多個單壓電執(zhí)行器是一體結構或是分離結構。

進一步，單壓電執(zhí)行器的第二壓電層設置在第二彈性層的上方，或者第二彈性層設置在第二壓電層的上方。

進一步，連接柱位于單壓電執(zhí)行器的中心處。

進一步，每個單壓電執(zhí)行器下面均對應一個通孔，通過第二彈性層固定于基座上。當第二壓電層設置在第二彈性層下方時，通孔的設置方便第二壓電層上的電極的引出。

本實用新型的工作原理：當下部的單壓電執(zhí)行器陣列施加電壓時，執(zhí)行器產生離面位移，通過連接柱可將位移傳遞到單壓電變形鏡，使單壓電變形鏡產生變形。下部單壓電執(zhí)行器陣列數目較少，但位移量大，可用于校正較大幅值的低階像差。位于上部的單壓電變形鏡施加電壓時由于橫向逆壓電效應可使鏡面產生彎曲變形，單壓電變形鏡的執(zhí)行器數量比底部的執(zhí)行器陣列高一或兩個數量級，因此可以很好地校正高階像差。應用過程中，單壓電執(zhí)行器陣列和單壓電變形鏡復合使用，具有校正幅值大、校正能力強的特點。

本實用新型的優(yōu)點在于：

1.通過下部的單壓電執(zhí)行器陣列的約束作用，使單壓電片變形鏡的固有頻率不直接依賴于變形鏡直徑，提高了變形鏡的工作帶寬。

2. 下部的單壓電執(zhí)行器陣列可提供大變形用于校正低階像差，上部單壓電片變形鏡則用于校正高階像差，兩個變形鏡的結合提升整體校正性能。