[发明专利]波前相位校正装置

说明书

本发明涉及光学仪器领域，提供了三种波前相位校正装置。针对现有技术中连续表面变形镜阵列密度受限、波前校正效果有限且制造工艺要求高、制造成本高的问题，本发明将一个完整的多致动器致动的连续表面变形镜分割成多个由单致动器或小数目致动器组致动的连续表面变形镜单元，并对于不同的应用情形，提供了单点单层式、单点双层式和多点式的波前相位校正装置，能够增大波前相位校正的等效致动器密度，从而优化了波前相位校正效果，简化了连续表面变形镜的制造工艺、降低制作成本。

技术领域

本发明涉及光学仪器领域，具体提供三种波前相位校正装置。

背景技术

光波在介质中传播时，其波前通常会受各种因素影响而发生相位的改变，这一现象经常会对依赖光波进行的活动造成不利影响。如在天文观测领域，空气的扰动改变了空气等介质中传播的光波波前相位，会导致天文观测失败。又如在高能激光领域，增益晶体及其他光学元件的热透镜效应会导致激光波前相位变化，降低输出激光输出效率和光波质量。自适应光学系统作为一种能够实时校正光波波前相差的有效方法，在光学领域占有重要地位。自适应光学系统主要由波前传感器、波前校正器和控制器三部分组成，其中波前校正器是该系统中的重要组成部分，起到至关重要的作用。而应用于自适应光学系统中的波前校正器中，应用最广泛的是变形镜。

变形镜区别于其他光学器件的特性在于它的能动性和可控性，即它通过可控的致动器致动镜面发生形变来校正入射光波的波前相位。变形镜中，最常用的是反射式变形镜，根据其镜面形式又可分为分立表面变形镜和连续表面变形镜。分立表面变形镜由大量独立运动的小镜面以一定方式组合成大的镜面，这种变形镜镜面不连续，且每一小镜面间存在缝隙而引起光的损耗。而相比于分立表面变形镜，连续表面变形镜则由致动器阵列控制完整表面，可得到连续面型，并且填充率大、精度高，但是其控制复杂且形变量小。多致动器致动的连续表面变形镜产生的连续表面形变可校正波前畸变产生的各阶相差，且能达到很高的校正精度，是一种拥有广泛应用前景的波前校正器。

然而，这种连续表面变形镜存在一个明显的问题——其多致动器阵列需要有足够小的排列间隔以保证对光波波前的校正效果，同时相邻的致动器间会产生串扰干涉，所以其致动器阵列的排列间隔又不能够太小。因此不仅其阵列密度受限，而且相应的控制过程复杂。这一问题限制了其波前校正效果，同时也造成了连续表面变形镜制造工艺要求高，制造成本高的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供三种波前相位校正装置，能够增大波前相位校正的等效致动器密度，从而优化了波前相位校正效果，简化了连续表面变形镜的制造工艺、降低制作成本。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种的单点双层式波前相位校正装置，其特征在于，该装置包括多个连续表面变形镜单元，每个所述连续表面变形镜单元由一个对应的致动器致动；所述连续表面变形镜单元排成工作表面平行相对的两层，用于使光波在两层连续表面变形镜单元间依次发生反射；每个连续表面变形镜单元用于对光波波前的一个对应局部范围进行相位校正。

优选地，所述连续表面变形镜单元进一步以阵列的形式排成工作表面平行相对的两层；以光波在所述工作平面上的行进方向为行向，列间距为(n-1)(d+2x)；上层第i列与下层第i列的间距为d/2+x；其中d为同一层两个反射点的间距，x为光波在工作平面上的行进方向上的等效致动器间距。

优选地，所述装置还包括多个光波转向装置，用于使已被前一行连续表面变形镜单元进行过波前相位校正的光波沿行向以相同入射角入射到下一行的第一个连续表面变形镜单元上，并使得下一行与上一行中同列连续表面变形镜单元的对应局部范围中心点间距为光波在工作平面上行进方向垂直方向上的等效致动器间距。