[发明专利]光致变形薄膜反射镜的面形控制及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光致变形薄膜反射镜的面形控制及测量装置，属于空间光学技术领域。

背景技术

以柔性薄膜为基底的空间反射镜（简称薄膜反射镜）以其成本低、收藏体积小、可展开、重量轻等优点，很好地解决了大口径与发射重量及承载体积之间的矛盾并满足了反射镜超大、超轻量的发展要求。其有关理论与技术研究近几年发展很快，成为国内外空间技术领域的研究热点之一，在大型空间光学系统、天线等领域显示出良好的应用前景。

现有的薄膜反射镜按所使用的外部作用力可以分为充气拉伸式、静电拉伸式、底部拉伸式、光致变形式等几大类。其中光致变形薄膜反射镜结构简单、成本低、双方位弯曲、形变量大、可靠性高，因而更适于在空间领域中实现超大口径超轻量化。光致变形薄膜反射镜面形控制系统一般采用二维摆镜扫描经准直后的激光到薄膜背面实现薄膜变形。但此类装置由于采用了二维摆镜,此类运动部件在空间环境中使用将导致装置可靠性差且功耗大，另外二维摆镜转动的精度有限且存在惯性,将很大程度限制薄膜反射镜面形控制精度。为了保证薄膜面形，薄膜反射镜需要额外面形测量系统提供面形修正量，增加了薄膜反射镜的系统复杂度。

现有技术见文献“Largeultra-lightweightphotonicmusclemembranemirror telescope”SPIE，2008，7010:70102K，其结构如图1所示，该系统包括激光器1、激光准直镜2、强度与相位调制器3、二维摆镜4、光致变形薄膜5和薄膜支撑架6。激光器1发出的光经过激光准直镜2准直后通过二维摆镜4扫描到光致变形薄膜5表面引起形变，将光致变形薄膜5面形控制到所需面形为止，薄膜支撑架6用于提供预张力来保持薄膜初始面形。

该文献给出了面形控制系统结构图，该结构可以实现正常的薄膜反射镜成形过程，不过正常工作中需要采用额外的面形测量系统向面形控制系统提供面形修正量，增加了系统重量、体积和复杂程度。另外面形控制系统采用了二维摆镜4来实现光束的扫描降低了系统的可靠性，二维摆镜4有惯性、功耗大且转动精度有限，降低了薄膜反射镜的面形控制精度，限制薄膜反射镜在空间光学等领域的应用。

发明内容

本发明为解决现有光致变形薄膜反射镜的面形控制及测量装置系统复杂，面形控制系统中二维摆镜将导致系统可靠性低和面形控制精度差等问题，提出了一种光致变形薄膜反射镜的面形控制及测量装置。

本发明采取以下技术方案：

光致变形薄膜反射镜的面形控制及测量装置，包括薄膜支撑架、光致变形的薄膜、薄膜边界位移控制器、双折射棱镜、偏振旋转器、液晶空间光调制器、分光棱镜、偏振态控制器、自由空间光隔离器、强度相位调制器、第一激光准直镜、激光器、第二激光准直镜和光电探测器；

薄膜支撑架将光致变形薄膜周边固定并保持平面状态，采用薄膜边界位移控制器调节薄膜边界位移量，进而调节薄膜预张力，从而完成薄膜初始状态的保持；

激光器发射的激光通过第一激光准直镜得到准直的激光，准直激光通过强度相位调制器、自由空间光隔离器和偏振态控制器完成强度、相位、偏振方向和偏振态的调整，得到单偏振态的准直激光，该单偏振态的准直激光通过分光棱镜进入液晶空间调制器进行小角度偏转，再通过偏振旋转器改变偏转方向，而后激光经过双折射棱镜扫描输出到光致变形薄膜的表面完成薄膜拉伸变形，从而完成薄膜面形控制过程；

激光经过光致变形薄膜散射回来后经过双折射棱镜、偏振旋转器、液晶调制器和分光棱镜后进入第二激光准直镜，激光经过第二激光准直镜会聚到达光电探测器，完成单点激光测距，通过多点测量后可拟合出薄膜拉伸变形量，与理想面形作比较给面形控制系统提供面形修正量，从而完成薄膜面形的测量。

所述双折射棱镜、偏振旋转器和液晶空间光调制器用于实现激光大角度扫描，其工作波段为365nm波段。

所述分光棱镜镀有365nm波段半透半反膜。

所述两个激光准直镜表面镀有365nm波段全透射膜。

所述自由空间光隔离器工作波长为365nm波段，用于隔离散射回光路的激光。

所述强度相位调制器工作波段为紫外波段，用于调整激光的强度和相位。

所述激光器工作波长为365nm波段。

所述光电探测器为GaN探测器，其工作波段为近紫外波段可探测经过光致变形薄膜散射回来的光，用于激光测距。