一种复合式压电变形镜及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种复合式压电变形镜及其制作方法，单压电变形镜包括反射层、镜面层、第一电极层、单压电片层和第二电极层，第二电极层包括多个第二电极，一个第二电极与第一电极构成一个第一驱动器；驱动阵列包括安装在基座上的调节机构和多个第二驱动器；第二驱动器安装在调节机构内，第二驱动器通过位于第二驱动器顶部的支撑结构与单压电变形镜连接；当向第一驱动器施加电压时，单压电片层形变并带动镜面层形变；当向第二驱动器施加电压时，第二驱动器通过支撑结构带动单压电变形镜形变；支撑结构提高了单压电变形镜的结构刚度，从而提高了压电变形镜的固有谐振频率，克服了第一驱动器数目增大(有效口径增大)导致谐振频率或带宽下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复合式压电变形镜及其制作方法
本专利技术涉及自适应光学
，更具体地说，涉及一种复合式压电变形镜及其制作方法。
技术介绍
自适应光学是补偿由大气湍流或其他因素造成的成像过程中波前畸变的最有前景的技术。近几十年来，随着自适应光学的快速发展，现代大型地基和天基望远镜几乎都配备了自适应光学系统。变形镜，又称波前校正器，是自适应光学系统的重要部件之一，它通过调整自身的面形实现对光束波前畸变的校正。随着天文望远镜(尤其是大口径望远镜)和超高功率激光器对自适应光学需求的增加，自适应光学系统对变形镜的要求也越来越高，要求其变形量在10微米以上，带宽在几百赫兹以上，有效口径达到数百到上千毫米，驱动器数目达到上千乃至上万。虽然现有的单压电变形镜具有结构简单、轻量化和低成本等优点，且在8米～10米级小口径望远镜中有着广阔的应用前景，但是，提高压电变形镜的驱动器数目(有效口径)和提高压电变形镜的谐振频率或带宽存在矛盾，限制了压电变形镜在更大口径望远镜中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种复合式压电变形镜及其制作方法，以提供一种大口径、高空间频率和高带宽的压电变形镜。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种复合式压电变形镜，包括单压电变形镜和驱动阵列；所述单压电变形镜包括镜面层、设置在所述镜面层一侧的反射层以及依次设置在所述镜面层另一侧的第一电极层、单压电片层和第二电极层，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括多个第二电极，一个所述第二电极与所述第一电极构成一个第一驱动器；所述驱动阵列包括安装在基座上的多个调节机构和多个第二驱动器；所述第二驱动器安装在所述调节机构内，所述第二驱动器通过位于所述第二驱动器顶部的支撑结构与所述单压电变形镜连接；所述调节机构用于调节所述支撑结构的高度；当向所述第一驱动器施加电压时，所述单压电片层形变并带动所述镜面层形变；当向所述第二驱动器施加电压时，所述第二驱动器通过所述支撑结构带动所述单压电变形镜形变。优选地，所述支撑结构为磁力吸合装置或弹性联轴器。优选地，所述磁力吸合装置包括通过磁力吸合的第一吸合部和第二吸合部；所述第一吸合部与所述单压电变形镜连接；所述第二吸合部与所述第二驱动器连接；所述第一吸合部朝向所述第二吸合部的表面具有球形头。优选地，所述第一吸合部和第二吸合部为永久磁体或电磁线圈；所述球形头粘接在所述第一吸合部的表面，所述球形头朝向所述第二吸合部的表面为球形或非球形表面。优选地，所述第二电极层中的多个第二电极构成环形阵列或正六边形阵列；多个所述支撑结构均匀分布在所述环形阵列或正六边形阵列中，且所述支撑结构在所述单压电片层上的投影与所述第二电极在所述单压电片层上的投影不重叠。优选地，所述第二驱动器包括压电陶瓷层叠致动器；所述压电陶瓷层叠致动器由多个压电陶瓷芯片堆叠而成。优选地，所述调节机构为细牙螺纹副机构；所述调节机构通过螺钉固定在所述基座上。优选地，所述单压电片层为整块的压电片；或者，所述单压电片层由多块压电片拼接而成。一种复合式压电变形镜的制作方法，应用于如上任一项所述的复合式压电变形镜，包括：将镜面层与单压电片层粘接在一起，所述单压电片层朝向所述镜面层的一侧具有第一电极层，所述单压电片层背离所述镜面层的一侧具有第二电极层；对所述第二电极层进行刻蚀形成多个第二电极，并在所述镜面层背离所述单压电片层的一侧形成反射层；将支撑结构的一端与所述单压电片层粘接，将所述支撑结构的另一端与所述第二驱动器的顶部粘接；将第二驱动器安装在调节机构内，将调节机构安装在基座上。优选地，还包括：通过所述调节机构调节所述支撑结构的高度，以调整所述镜面层的平整度。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：本专利技术所提供的复合式压电变形镜及其制作方法，当向第一驱动器施加电压时，单压电片层形变并带动镜面层形变即单压电变形镜形变，当向第二驱动器施加电压时，第二驱动器通过支撑结构带动单压电变形镜形变。支撑结构提高了单压电变形镜的结构刚度，从而提高了压电变形镜的固有谐振频率，克服了压电变形镜驱动器即第一驱动器数目增大(有效口径增大)导致谐振频率或带宽下降的问题，进而可以根据需求将变形镜的有效口径扩展到数百甚至上千毫米；本专利技术提供的复合式压电变形镜由单压电变形镜和驱动阵列组合而成，具有结构紧凑、工艺简单、成本低、轻量化、大口径、高带宽和高空间频率的优点，并且，由于低空间频率的驱动器阵列可提供大变形量用于校正低阶像差，高空间频率的单压电变形镜可用于校正高阶像差，因此，可以提高复合式压电变形镜的整体校正性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种复合式压电变形镜的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的支撑结构的一种位置示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种第二电极的阵列示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种第二电极的阵列示意图；图5为本专利技术实施例提供的复合式压电变形镜的频响曲线图；图6为本专利技术实施例提供的复合式压电变形镜的像差图；图7为本专利技术实施例提供的一种复合式压电变形镜的制作方法的流程图；图8a～8e为本专利技术实施例提供的一种复合式压电变形镜的制作方法的结构示意图。具体实施方式以上是本专利技术的核心思想，为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种复合式压电变形镜，适合于天文望远镜和超高功率激光器等应用场合，如图1所示，该复合式压电变形镜包括单压电变形镜1和驱动阵列2，单压电变形镜1设置在驱动阵列2上方。单压电变形镜1包括镜面层10、设置在镜面层10表面的反射层11以及依次设置在镜面层10底面的第一电极层、单压电片层12和第二电极层。第一电极层包括覆盖整个单压电片层12的第一电极13。第二电极层包括多个第二电极14。一个第二电极14与第一电极13构成一个第一驱动器；驱动阵列2包括安装在基座20上的多个调节机构21和多个第二驱动器22。第二驱动器22安装在调节机构21的凹槽内，但第二驱动器22的顶部未被覆盖，第二驱动器22通过位于第二驱动器22顶部的支撑结构3与单压电变形镜1具有第二电极层的一侧连接。当向第一驱动器即第一电极13和第二电极14施加电压时，单压电片层12形变并带动镜面层10形变即单压电变形镜1形变；当向第二驱动器22施加电压时，第二驱动器22产生伸缩应力，并通过支撑结构3推或拉单压电变形镜1产生形变。需要说明的是，第一电极13和第二电极14与柔性电路板(图中未示出)电连接。本实施例中通过柔性电路板向第一电极13和第二电极14施加电压。第二驱动器22通过导线与电源连接，通过电源向第二驱动器22施加电压。本实施例中，支撑结构3为磁力吸合装置或弹性联轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合式压电变形镜，其特征在于，包括单压电变形镜和驱动阵列；所述单压电变形镜包括镜面层、设置在所述镜面层一侧的反射层以及依次设置在所述镜面层另一侧的第一电极层、单压电片层和第二电极层，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括多个第二电极，一个所述第二电极与所述第一电极构成一个第一驱动器；所述驱动阵列包括安装在基座上的多个调节机构和多个第二驱动器；所述第二驱动器安装在所述调节机构内，所述第二驱动器通过位于所述第二驱动器顶部的支撑结构与所述单压电变形镜连接；所述调节机构用于调节所述支撑结构的高度；当向所述第一驱动器施加电压时，所述单压电片层形变并带动所述镜面层形变；当向所述第二驱动器施加电压时，所述第二驱动器通过所述支撑结构带动所述单压电变形镜形变。

【技术特征摘要】
1.一种复合式压电变形镜，其特征在于，包括单压电变形镜和驱动阵列；所述单压电变形镜包括镜面层、设置在所述镜面层一侧的反射层以及依次设置在所述镜面层另一侧的第一电极层、单压电片层和第二电极层，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括多个第二电极，一个所述第二电极与所述第一电极构成一个第一驱动器；所述驱动阵列包括安装在基座上的多个调节机构和多个第二驱动器；所述第二驱动器安装在所述调节机构内，所述第二驱动器通过位于所述第二驱动器顶部的支撑结构与所述单压电变形镜连接；所述调节机构用于调节所述支撑结构的高度；当向所述第一驱动器施加电压时，所述单压电片层形变并带动所述镜面层形变；当向所述第二驱动器施加电压时，所述第二驱动器通过所述支撑结构带动所述单压电变形镜形变。2.根据权利要求1所述的复合式压电变形镜，其特征在于，所述支撑结构为磁力吸合装置或弹性联轴器。3.根据权利要求2所述的复合式压电变形镜，其特征在于，所述磁力吸合装置包括通过磁力吸合的第一吸合部和第二吸合部；所述第一吸合部与所述单压电变形镜连接；所述第二吸合部与所述第二驱动器连接；所述第一吸合部朝向所述第二吸合部的表面具有球形头。4.根据权利要求3所述的复合式压电变形镜，其特征在于，所述第一吸合部和第二吸合部为永久磁体或电磁线圈；所述球形头粘接在所述第一吸合部的表面，所述球形头朝向所述第二吸合部的表面为球形或非球形表面。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚家如，陈俊杰，李保庆，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34