[发明专利]一种压电陶瓷驱动式变形反射镜及其制造方法

说明书

本发明公开了一种压电陶瓷驱动式变形反射镜及其制造方法，针对现有变形反射镜存在的驱动器规模扩展困难、可靠性降低及面形高阶误差增大等问题，提出一种驱动器规模可扩展、可靠性高、高阶误差小的压电陶瓷驱动式变形反射镜及其制造方法。该变形反射镜主要由整体式镜面(1)、模块化压电陶瓷驱动器阵列(2)、高刚度底座(3)、电学连接模块(4)和机械外壳(5)构成的以机械外壳为连接机构、高刚度底座(3)为位置参考、模块化压电陶瓷驱动器阵列(2)为驱动机构、整体式镜面(1)为反射面的波前校正器。基于本发明完成由整体式镜面、线阵驱动单元模块拼接式驱动器阵列为核心的压电陶瓷驱动式变形反射镜研制，表明本发明具有满足未来先进自适应光学系统需求的能力。

技术领域

本发明属于自适应光学波前校正器技术领域，具体涉及一种压电陶瓷驱动式变形反射镜及其制造方法。

背景技术

变形反射镜作为自适应光学系统的执行器件，主要作用是产生受控变形，其性能直接决定自适应光学系统的能力极限，是自适应光学系统具有能动可变特性的关键。随着天文学的发展，新的高分辨力观测需求，如：星云、太阳等扩展目标、类地行星等低对比度目标、宇宙早期暗淡星系等弱目标，超出传统SCAO(单层共轭校正自适应光学)系统观测能力，推动自适应光学技术衍生出MCAO(多层共轭校正自适应光学)、MOAO(多目标校正自适应光学)、GLAO(近地层校正自适应光学)、XAO(极端自适应光学或超级自适应光学)及AdaptiveTelescope(自适应望远镜)等多种类型。

新型自适应光学系统对变形反射镜驱动器单元数需求由数百单元级提升到上千甚至万单元级，控制带宽由几十赫兹提高到上百赫兹，面形误差控制精度由几十纳米提升到十纳米以下，使用方式由闭环到开、闭环兼有，给变形反射镜研制带来极大挑战。

围绕新型自适应光学系统需求，国外相关单位自2010年左右开始支持压电陶瓷驱动式、双压电片式、音圈电机驱动式和微机电式等多条技术路线攻关。时至今日，仍未完全解决变形反射镜驱动器规模扩展、可靠性保证与高阶误差抑制等技术难题，不能完全满足未来自适应光学系统研制需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提出一种驱动器规模可扩展、可靠性高、高阶误差小的压电陶瓷驱动式变形反射镜及其制造方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种压电陶瓷驱动式变形反射镜，该压电陶瓷驱动式变形反射镜是主要由整体式镜面1、模块化压电陶瓷驱动器阵列2、高刚度底座3、电学连接模块4和机械外壳5构成的以机械外壳5为连接机构、高刚度底座3为位置参考、模块化压电陶瓷驱动器阵列2为驱动机构、整体式镜面1为反射面的波前校正器。

进一步地，整体式镜面1为双层光学玻璃-金属复合结构，其中光学玻璃层6为平板结构，下表面与金属复合层平板7键合。

进一步地，整体式镜面1的光学玻璃层6顶面抛光并镀膜，是变形反射镜光学反射面。

进一步地，整体式镜面1金属复合层是由整块金属材料加工而成的异型机构，由金属复合层平板7、金属复合层阵列极头8和金属复合层连接结构9构成，其中金属复合层平板7上表面与光学玻璃层6下表面键合，为光学玻璃层提供支撑，金属复合层连接结构9与模块化压电陶瓷驱动器阵列2顶面键合。

进一步地，整体式镜面1金属复合层所采用的材料与光学玻璃层6热膨胀系数匹配。

进一步地，模块化压电陶瓷驱动器阵列2由线阵驱动器模块拼接构成。

进一步地，线阵驱动器模块由梳状压电陶瓷片10、压电陶瓷驱动器线阵间隔片11、压电陶瓷驱动器支撑板12和压电陶瓷驱动器电连接器13构成横向压电叠堆结构；所述的梳状压电陶瓷片10内电极通过底部引线方式，穿过压电陶瓷驱动器支撑板12，由压电陶瓷驱动器电连接器13引出；所述的压电陶瓷驱动器电连接器13为标准连接件；所述的压电陶瓷驱动器线阵间隔片11厚度根据前道工序组装后整体厚度修磨，保证线阵驱动器模块厚度一致性。