[实用新型]一种复合式压电变形镜

说明书

技术领域

本实用新型属于光学器件领域，涉及一种复合式压电变形镜，用在天文望远镜中作像差校正。

技术背景

自适应光学是近几十年发展起来的一种波前校正技术，通过调整变形镜的面形实现对光路中畸变波前的校正，提高成像分辨率。自适应光学对天文望远镜的发展产生了革命性的影响，现代大型地基、天基望远镜几乎都配备了自适应光学系统。随着天文望远镜（尤其是更大口径望远镜的建设）也对自适应光学需求的增加，对关键器件变形镜提出了更高的挑战：驱动器数目高达上千乃至上万，变形量在10微米以上，带宽在百赫兹以上。双压电或者单压电变形镜采用横向压电效应驱动镜面变形，具有结构简单、轻量化、低成本等优点，在8-10米级望远镜中有着广阔的应用前景。

美国专利US 6,464,364 B2公开了一种双压电片变形镜，由两片压电陶瓷或电致伸缩材料粘接而成，其中一片的外表面经过抛光镀反射层作为光学表面，同时也作为产生离焦的驱动层，另一片外表面图形化出分立电极阵列作为校正高阶像差的驱动层。由于普通压电陶瓷材料质地松脆很难制作出较大口径的高质量光学镜面。变形镜驱动器的谐振频率与变形镜尺寸的平方成反比，驱动器规模扩大（尺寸增加）导致工作频率的下降。为在保持工作频率的前提下扩大变形镜驱动器规模并降低成本，国际专利WO 2009/007447 A2公开了一种基于模块化的单压电片变形镜，器件由多个分离的子变形镜拼接而成，系统的谐振频率由子变形镜决定，但是存在镜面不连续以及各子变形镜之间的相位协调难度高的问题。以上这些变形镜的设计无法满足天文望远镜中大气扰动波前畸变校正的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种既具有高驱动器数目又具有高工作带宽的低成本高性能的复合式压电变形镜，为天文望远镜提供一种新的波前校正器。

一种复合式压电变形镜，其特征在于：包括单压电变形镜和单压电执行器阵列，单压电变形镜设置在单压电执行器阵列的上方，并通过连接在单压电执行器阵列上的连接柱支撑；单压电变形镜由从上往下依次设置的光学反射层、第一弹性层、作为公共地的正面电极层、第一压电层、背面电极层；单压电执行器阵列包括多个固定于带通孔的基座上的单压电执行器，每个单压电执行器包括第二弹性层和第二压电层，第二压电层的两面均覆盖有电极层，每个单压电执行器上均连接有支撑用的连接柱。本实用新型由上、下两层的压电变形镜组合而成，在集成化程度上更高；下部单压电执行器通过连接柱将其产生的位移传递到变形镜镜面，下部的单压电执行器阵列可提供大变形用于校正低阶像差，上部单压电片变形镜则用于校正高阶像差，两个变形镜的结合提升整体校正性能，通过下部的单压电驱动器阵列的约束作用，使单压电片变形镜的固有频率不直接依赖于变形镜直径，提高了变形镜的工作带宽。

进一步，单压电变形镜正面电极层是整片结构，背面电极层是由多个小电极组合而成，使得单压电变形镜能够校正高阶像差。

进一步，单压电变形镜的电极数量比单压电执行器阵列电极数量高一或两个数量级，可以很好地校正高阶像差。

进一步，单压电执行器的谐振频率比单压电变形镜的谐振频率高，经过连接柱支撑后，单压电变形镜谐振频率提高。

进一步，单压电执行器阵列中的多个单压电执行器是一体结构或是分离结构。

进一步，单压电执行器的第二压电层设置在第二弹性层的上方，或者第二弹性层设置在第二压电层的上方。

进一步，连接柱位于单压电执行器的中心处。

进一步，每个单压电执行器下面均对应一个通孔，通过第二弹性层固定于基座上。当第二压电层设置在第二弹性层下方时，通孔的设置方便第二压电层上的电极的引出。

本实用新型的工作原理：当下部的单压电执行器阵列施加电压时，执行器产生离面位移，通过连接柱可将位移传递到单压电变形镜，使单压电变形镜产生变形。下部单压电执行器阵列数目较少，但位移量大，可用于校正较大幅值的低阶像差。位于上部的单压电变形镜施加电压时由于横向逆压电效应可使镜面产生弯曲变形，单压电变形镜的执行器数量比底部的执行器阵列高一或两个数量级，因此可以很好地校正高阶像差。应用过程中，单压电执行器阵列和单压电变形镜复合使用，具有校正幅值大、校正能力强的特点。

本实用新型的优点在于：

1.通过下部的单压电执行器阵列的约束作用，使单压电片变形镜的固有频率不直接依赖于变形镜直径，提高了变形镜的工作带宽。

2. 下部的单压电执行器阵列可提供大变形用于校正低阶像差，上部单压电片变形镜则用于校正高阶像差，两个变形镜的结合提升整体校正性能。