球面金属变形镜及其一体化加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种球面金属变形镜及其一体化加工工艺，其中，该球面金属变形镜包括反射镜、驱动器阵列以及支撑底盘；反射镜与驱动器阵列之间通过过渡接头并以胶接方式连接，支撑底盘与驱动器阵列之间以螺接方式连接。本发明专利技术提供了一种可提供更大校正动态范围以及更高工作带宽的球面金属变形镜及其一体化加工工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学领域，涉及一种球面金属变形镜及其一体化加工工艺，尤其涉及一种大口径/大径厚比球面金属变形镜及其一体化加工工艺。
技术介绍
变形镜用于成像系统的波前校正或反射镜本身面形精度的校正，已经在自适应光学系统中得到了广泛的应用。世界上比较著名的致力于变形镜技术研究的机构和公司有:美国空军研究实验室(AFRL)、美国Boston大学精密工程研究实验室(PERL)、TI公司、加州大学Berkeley分校、荷兰OKO公司、法国ALPAO公司、Imaging Optik公司、美国BMC公司、Iris AO公司以及Intellite公司等。变形镜作为自适应光学技术的核心器件，按照驱动方式来分，主要有压电式、电磁式、静电吸引式、电致伸缩式以及液压式等几类。而按照反射镜镜面的形式来分，又可以分为连续镜面式、分块平移式以及分块倾斜加平移式等结构。由于压电驱动器响应速度快，位移分辨率高，可以提供的驱动力大，且具有较低的功耗，所以实用化程度最高。另外，考虑到连续镜面不存在衍射效应，不损失光能量，能够拟合连续波面，在反射镜口径中等的情况下成为了变形镜方案设计及研制的首选。因此，将压电驱动原理和连续镜面设计进行结合，就构成了目前广泛采用的连续镜面式压电驱动变形镜。连续镜面式压电驱动变形镜具有灵敏度高、动态范围大、拟合误差小、能保持连续相位等诸多优点，在采用了层叠压电陶瓷之后，单元驱动器的形变可以增大很多，同时驱动器与镜面之间还能够根据需要设计各种结构，具有非常强的实施灵活设计的潜力。连续镜面式压电变形镜的结构由反射镜、驱动器阵列和支撑底盘三个部分组成。其基本工作原理是:驱动器阵列固定在支撑底盘上，通过改变加载于压电陶瓷上的电压值来使镜面产生不同的形变，达到动态改变反射镜面形并据此补偿波前畸变的目的。对于压电驱动连续经面式变形镜来说，反射镜的镜面边缘是自由的，所以驱动器阵列除了起到波前校正的作用以夕卜，还起到支撑反射镜镜面的作用。目前，市场上可以获得的科学级变形镜器件具有以下两个特点:第一，初始表面形状是平面；第二，口径大多是小于50_，更大口径的器件几乎看不到。平面变形镜仅起到波前校正作用，对系统的总体光焦度没有贡献，也起不到系统初始像差平衡的作用；较小口径将严重限制变形镜在大型系统中的应用，由于波前校正需要在孔径、入瞳或者出瞳上实施，对光束进行过度压缩将对波前的测量和补偿精度带来影响。因此，较大口径的球面变形镜是研究方向之一。此外，玻璃材料，比如k4，单晶硅以及碳化硅等材料是变形镜反射镜镜面的常用材料，因为玻璃类材料易于获得高精度的光学表面。但是，玻璃材料质地偏软，极限许用应力较低，因此基于玻璃基底的变形反射镜的校正动态范围小，且工作带宽偏低。相比之下，金属材料弹性好，极限许用应力较高，因此以其作为变形反射镜的支撑底盘可以获得较大的校正动态范围。
技术实现思路
针对
技术介绍
中描述的现有变形镜技术的局限性，本专利技术提供了一种可提供更大校正动态范围以及更高工作带宽的球面金属变形镜及其一体化加工工艺。本专利技术的技术解决方案是:本专利技术提出了一种球面金属变形镜，其特征在于:所述球面金属变形镜包括反射镜、驱动器阵列以及支撑底盘；所述反射镜与驱动器阵列之间通过过渡接头并以胶接方式连接，所述支撑底盘与驱动器阵列之间以螺接方式连接。上述反射镜的工作表面为球面，所述反射镜的基底是金属材料，所述反射镜的口径不低于100mm，所述反射镜的径厚比不小于30。上述驱动器阵列包括多个压电陶瓷驱动器；所述多个压电陶瓷驱动器以正六边形的方式排布。上述驱动器阵列由61个压电陶瓷驱动器组成。上述支撑底盘所采用材料的刚度远大于反射镜所采用材料的刚度。本专利技术提出了一种针对如上所述的球面金属变形镜的一体化加工工艺，其特殊之处在于:所述一体化加工工艺包括以下步骤:I)超薄金属反射镜的粗加工及表面成型加工；2)将压电陶瓷驱动器阵列与支撑底盘通过螺钉连接；3)从压电陶瓷驱动器阵列的头部套入用于限位及增强驱动器阵列刚度的网孔装保护性工装，并在网孔装保护性工装与支撑底盘之间设置三个垫块，三个垫块呈120°分布；4)在驱动器阵列中的每个驱动器的头部安装用于与反射镜背部粘接的过渡接头，所述过渡接头的长度通过计算精确获得；5)对过渡接头进行研磨，使过渡接头与反射镜背部曲率的走向匹配；6)将反射镜与过渡接头进行胶接，静置使粘接用胶完全固化；7)利用单点金刚石车床对带有驱动器及支撑底盘的球面金属变形镜进行车削加工，达到I个波长量级的面形精度；8)对经过步骤7)后的球面金属变形镜进行精密光学抛光，达到优于1/10个波长面形精度。本专利技术的有益效果是:本专利技术提供了一种球面金属变形镜及其一体化加工工艺，该球面金属变形镜与传统的变形镜结构形式相同，均包括支撑底盘、驱动器阵列以及反射镜三个部件，反射镜通过驱动器设置在支撑底盘上；不同之处在于反射镜的口径大于10mm ;反射镜的径厚比大于30。初始表面为球面，允许变形镜在系统设计阶段就参与像差平衡；同时本专利技术对变形镜所采用的材料进行筛选，反射镜材料为金属，允许变形镜提供更大的校正动态范围和更高的工作带宽；较大的口径，允许成像光束不过度压缩，保证波前传感精度；反射镜带驱动器带支撑底盘的一体化加工工艺，能够克服高弹易变金属超薄反射镜裸镜高精度光学加工的困难，将单点金刚石车与古典光学抛光有机结合，能够在较短的周期里完成变形镜初始表面的光学加工，能够实现优于1/10波长的初始面形精度水平。本专利技术提出的较大口径、大径厚比球面金属变形镜及其一体化加工工艺是对目前平面玻璃变形镜的有益补充。【附图说明】图1是本专利技术所提供的球面金属变形镜的结构示意图。【具体实施方式】如上所述，常规玻璃基底压电驱动变形镜具有口径小、初始表面为平面、极限许用应力小以及工作带宽低等几个特点，本专利技术提出的较大口径(大于100mm)、大径厚比(大于30)、初始表面为球面的、采用金属材料作为反射镜支撑底盘的变形镜是对目前变形镜技术的有益补充；此外针对该类变形镜提出的反射镜带驱动器带支撑当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球面金属变形镜，其特征在于：所述球面金属变形镜包括反射镜、驱动器阵列以及支撑底盘；所述反射镜与驱动器阵列之间通过过渡接头并以胶接方式连接，所述支撑底盘与驱动器阵列之间以螺接方式连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵惠，宫杰，蔡中林，解晓鹏，樊学武，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，成都华明光学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61