[发明专利]一种带有变形补偿的变形镜单元及分立式变形镜系统

说明书

本发明公开了一种带有变形补偿的变形镜单元及变形镜系统.本发明一种带有变形补偿的变形镜单元，包括单变形镜片、极头、驱动器和基座。多个驱动器均安装在基座。驱动器能够自动伸缩；各驱动器的外端均固定有极头；极头的外端端面上开设有多个盲孔。单变形镜片的背面与各个极头的外端固定。单变形镜片上设置有多个通孔。通孔的孔径为1～100nm。本发明通过在单变形镜片上开设纳米级通孔，由于通孔的直径小于变形镜的单元间隙，故通孔提高散热性能的同时对变形镜的性能几乎无影响。本发明通过设置多层且十字型流道与圆形流道相结合的散热流道，能够充分降低单变形镜片的温度。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种自适应光学系统中变形镜热形变的实时控制装置。

背景技术

大气湍流运动中温度的变化造成大气密度的微小变化，从而引起折射率微小变化。折射率随机的变化产生大尺度范围内大气折射率分布明显的不均匀性，导致光束在大气传输过程中波前将发生变化，降低光束质量，并造成图像降质。

自适应光学系统可有效解决光束波前畸变带来的像差补偿问题，其原理采用的是闭环控制系统原理，整个光学系统包括微机电变形镜、高压驱动器、哈特曼波前传感器、计算机控制平台和分光镜等光学元件。其中，波前探测器负责实时探测和解算出光学波前畸变量；波前控制器根据探测到的光学波前计算控制量并施加给波前校正器；波前校正器在控制量的驱动下产生相应的位相调制量，利用镜片背面的驱动元件使变形镜面按照需求发生形变，从而实现对光学畸变波前的实时补偿和校正，解决由大气湍流带来的光束波前畸变的问题。

但在大口径小视场高精度望远镜中，尤其是对于接收成像光带有能量的望远镜，比如：太阳望远镜、红外望远镜等，其光学镜面面型控制精度要求极高。光束质量对变形镜形变的影响是其成像质量的重要衡量指标。这就要求引入自适应光学系统对畸变波前进行实时补偿。但是在对畸变波前进行校正时，带有能量的光束照射在变形镜表面时，部分能量被吸收，将引起镜面温度升高，并形成热致光学畸变。由于热畸变导致变形镜温度、应力、变形的无规则分布，较普通反射镜更薄的变形镜因其复杂的结构特性，通常产生无规律的复杂性热形变分布情况。

故本发明专利设计了一套解决自适应光学系统中变形镜热畸变问题的制冷机构。在该系统中，变形镜采用分立式变形镜。分立式变形镜是由多个子镜面组合而成，每个子镜面可以实现上下平动或倾斜运动，通过控制子镜面的面型来构建整体镜面面型。各个子镜面处于分立状态，因而在工作时不会形成串扰，控制较为简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应光学系统中变形镜热形变的控制装置。

本发明一种带有变形补偿的变形镜单元，包括子镜、极头、驱动器和基座。多个驱动器均安装在基座。驱动器能够自动伸缩；各驱动器的外端均固定有极头；极头的外端端面上开设有多个盲孔。子镜的背面与各个极头的外端固定。子镜上设置有多个通孔。通孔的孔径为1～100nm。

作为优选，所述的子镜内设置有一层或多层散热流道。所述的散热流道包括十字型流道部分和圆形流道部分。十字型流道部分设置在圆形流道部分的内侧，且四个通流口均与圆形流道部分的内侧连通。散热流道的进流口、出流口分别位于子镜的两侧边缘。散热流道的进流口、出流口与十字型流道部分的其中两个通流口分别对接。

作为优选，所述的驱动器共有是三个；三个驱动器呈正三角形排布。

作为优选，所述的驱动器采用层叠式压电陶瓷。

作为优选，所述盲孔的孔径为1～100nm；极头外端端面上的孔隙率为50％。

作为优选，所述子镜的背面安装有一个或多个微位移传感器。

作为优选，所述的微位移传感器采用MEMS电容式静电微位移传感器。

作为优选，所述的子镜和极头均采用的是单晶硅材料。

作为优选，所述子镜上的孔隙率为30％。