本发明专利技术涉及光学仪器领域，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，本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学仪器领域，具体提供三种波前相位校正装置。
技术介绍
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一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。
技术实现思路
(一）解决的技术问题 针对现有技术的不足，本专利技术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，本专利技术通过以下技术方案予以实现： -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。 一种单点单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 镜单元和一个标准平面反射镜，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平面与所述标准平面反射镜平行相对的一层，用于使光 波在该层连续表面变形镜单元与标准平面反射镜间依次发生反射；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平面与所述标 准平面反射镜平行相对的一层；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+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，用于使经过前一行的波前相位校正 后的光波沿行向以相同入射角入射到下一行的标准平面变形镜或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。 优选地，所述连续表面变形镜单元的内切圆半径R满足 其中Φ为入射光波直径，Θ为光波入射角。 优选地，所述连续表面变形镜单元的材料为玻璃、薄膜、或微加工形成的材料。 一种多点式波前相位校正装置，其特征在于，包括：N2块工作表面平行相对的两层 连续表面变形镜，用于使光波在两层连续表面变形镜间依次发生反射；每块所述连续表面 变形镜的致动器安装在多个按正方形或正三角形排列的格点上，所述正方形或正三角形边 长为D ;所述装置用于以（N/D)2的等效致动器密度对光波波前进行相位校正；所述N为不 小于2的正整数。 优选地，所述致动器可以是压电陶瓷致动器、电磁力致动器、静电力致动器或其他 任意一种可以改变镜面面型的致动器。 (三）有益效果 本专利技术至少具有如下的有益效果： 本专利技术提供的波前相位校正装置，实质上是一种化整为零思想的实际应用。即利 用光的多次反射，将一次反射多点控制的相位校正等效为多次反射，而每次反射仅对光波 波前的部分区域进行校正的过程。也就是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，并将这些变形镜单 元按照一定方式和要求排布，使光波在这些变形镜单元构成的多个反射表面上依次发生反 射，使校正区域覆盖整个入射波前，完成波前相位校正。 本专利技术对波前校正系统校正能力的意义在于，传统多致动器连续表面变形镜的制 造中，每个致动器结构一致，响应函数一致。在实施波前校正的过程中，相邻致动器之间的 交叉串扰限制了波前校正效果。通过把多致动器一次反射校正拆分为多次反射校正，并通 过施加外围可调限制，对每个致动器的响应函数进行修正，包括响应函数的影响半径，变形 幅值等，从而根据需要减少或者增加致动器之间的交联系数，提高波前校正效果。 本专利技术对简化制造工艺的意义在于，传统多致动器连续表面变形镜的制造中，需 要在一定的口径内制造阵列排布的致动器，而通常为了提高波前校正精度需要增大致动器 排布密度。在一定尺寸内制造数量众多的致动器并且防止致动器间不利的串扰干涉，会大 大增加变形镜制造难度，成本也会明显增加。利用本专利技术提供的分布式多反射面的波前校 正方法，仅需要制造出一个由小数目致动器甚至单一致动器致动的变形镜，当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，巩马理，马兴坤，薛峤，边琪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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