一种基于透明电致伸缩陶瓷的镜面自形变变形镜制造技术

本发明专利技术涉及一种基于透明电致伸缩陶瓷的镜面自形变变形镜。所述透明电致伸缩陶瓷作为镜面可自形变的变形镜的镜体而无需额外驱动器。器。器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于透明电致伸缩陶瓷的镜面自形变变形镜


[0001]本专利技术属于自适应光学领域，具体涉及一种基于透明电致伸缩陶瓷的镜面自形变变形镜。

技术介绍

[0002]自适应光学是一种通过矫正因大气抖动造成光波的波前畸变，从而改进光学系统性能的技术。自适应光学系统主要包括波前传感器、实时控制器和波前校正器三部分，其中的关键器件为波前校正器，它是通过改变光波波前传输的光程(可变形反射镜，简称变形镜)或传输媒介的折射率(液晶空间光调制器)来改变入射光波波前的相位结构，从而达到对光波波面相位进行校正的目的。大多数波前校正器是通过改变变形镜面的面形实现对波面相位的校正，目前常用的变形镜包括分离驱动器变形镜、拼接子镜变形镜、压电片变形镜、MEMS静电致动(磁致动)变形镜、薄膜变形镜等。
[0003]变形镜的核心结构由镜面和驱动器构成，其中驱动器主要包括压电陶瓷驱动器和电致伸缩驱动器。压电陶瓷驱动器是利用压电陶瓷的逆压电效应进行工作的，即给压电陶瓷施加外电压，则会沿极化方向产生形变，但是压电陶瓷必须预极化，且如果施加过高的反向电压会产生退极化现象甚至造成电击穿，破坏压电陶瓷的功能。相对压电效应，电致伸缩效应是一种应力、应变与电场二次项相关的非线性现象，电致伸缩材料的优点是不需要像压电陶瓷进行预极化，应变也比压电陶瓷大得多(能够达到10
‑3量级)，在要求低工作电压、大应变、微型化的驱动功能器件应用中，电致伸缩材料比压电材料具有更好的应用特性。
[0004]通常变形镜是通过驱动器带动镜面产生形变，因此镜面和驱动器之间是有物理连接的，例如活塞变形镜、压电变形镜、双压电变形镜、音圈变形镜等，但是这种物理连接无法避免会对变形镜的性能产生不良的影响，包括：1)变形镜的形变需要通过物理连接层传递，在镜面上会产生驱动器粘合的痕迹，影响镜面的连续性，从而引入额外的高阶畸变；2)由于驱动器与镜面热膨胀系数差异，当环境温度发生变化时，镜面和驱动器层叠结构将产生热致弯曲变形，导致面型热稳定性下降。因此，亟须提供一种镜面形变无需物理连接的新型变形镜，自身可电致伸缩驱动而实现自形变。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种透明电致伸缩陶瓷的应用，所述透明电致伸缩陶瓷作为镜面可自形变的变形镜的镜体而无需额外驱动器。也就是说，本专利技术提供一种镜面可自形变的变形镜，该变形镜将镜面与驱动器合二为一，无需物理连接独立的镜面与驱动器，即透明电致伸缩陶瓷作为镜面无需外加驱动器，自身在电场作用下具有较大的应变，从而实现镜面自形变。
[0006]较佳地，所述透明电致伸缩陶瓷可选择PMN
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PT透明陶瓷、PLMNT透明陶瓷、PZN
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PT透明陶瓷或者PLZT透明陶瓷，优选PLZT透明陶瓷和PLMNT透明陶瓷。
[0007]优选地，所述透明电致伸缩陶瓷厚度为0.5～10.0mm，直径为20～150mm，若厚度增
大，形变量增大，但插损也会增大，使得透明电致伸缩陶瓷的光学品质下降。
[0008]本专利技术以透明电致伸缩陶瓷为核心，利用透明电致伸缩陶瓷不仅在可见光至中红外波长范围内透光性好、折射率高，可作为光传输镜面，同时又具有优异的电致伸缩性能，在外加驱动电场作用下，应变量约为陶瓷厚度的0.1％，可用作自形变驱动器。
[0009]在一个示例中，镜面可自形变的变形镜还包括设置在所述透明电致伸缩陶瓷的一侧面上的金属电极阵列、设置在所述透明电致伸缩陶瓷的另一侧面上的金属电极层。
[0010]在又一个示例中，镜面可自形变的变形镜还包括设置在所述透明电致伸缩陶瓷的一侧面上的反射层、设置在所述透明电致伸缩陶瓷的另一侧面上的透明电极层、设置在反射层上的金属电极阵列、以及设置在透明电极上的增透膜。
[0011]有益效果
[0012](1)与常规变形镜相比，本专利技术的自形变变形镜将驱动器与镜面合二为一，无需物理连接，结构简化，核心功能组件镜体部分的厚度明显减小，镜体无物理连接，形变更加连续性。
[0013](2)本专利技术的自形变变形镜可以是透射型通光结构，具有光程放大作用，可提高调制幅度。光束通过透明陶瓷再折返出去，光程是形变与折射率(n≈2.5)的乘积，1微米形变量可以达到约3微米的光程差，起到光程放大效果。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的自形变镜面结构示意图；其中，1
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透明电致伸缩陶瓷、2
‑
反射层、3
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金属电极单元、4
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透明电极、5
‑
增透膜、6
‑
底座；图2为透明电致伸缩PLZT陶瓷的透过率曲线；图3为透明电致伸缩PLZT陶瓷的电场强度
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应变曲线；图4为自形变镜体7单元、19单元金属Pt电极结构实物图；图5为实施例1中19单元镜体各电极单元面型俯视图(1)和倾斜立体图(2)；图6为实施例1多个电极单元同时施加电场时的面型变化图；图7为实施例2中7单元镜体各电极单元面型倾斜立体图；图8为实施例2中1#电极单元、6#电极单元的电场强度
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形变曲线。
具体实施方式
[0015]为进一步阐释本专利技术的
技术实现思路
、特点与实际效果，下面结合实施例对本专利技术作详细说明。需要指出的是，本专利技术的设计的改性方法并不局限于这些具体的实施方式。在不背离本专利技术设计的精神与内涵的前提下，本领域技术人员在阅读本专利技术的内容的基础上进行的等价替换和修改，也在本专利技术要求保护的范围内。
[0016]本专利技术将透明电致伸缩陶瓷作为镜面可自形变的镜体来组装变形镜，此时无需外加驱动器。组装的变形镜可以是通常的反射型，例如包括透明电致伸缩陶瓷作为可自变形镜体、设置在所述透明电致伸缩陶瓷的一侧面上的金属电极阵列、设置在所述透明电致伸缩陶瓷的另一侧面上的金属电极层。组装的变形镜还可以是透射型，如图1所示，本专利技术提供了一种镜面可自形变的变形镜，以下，为了便于说明，以变形镜的厚度方向(即纸面上下
方向)为垂直方向，以变形镜的宽度方向(径向，即纸面的左右方向)为水平方向。变形镜的具体结构可以包括：透明电致伸缩陶瓷(变形镜镜体)1、设置在透明电致伸缩陶瓷1一侧的反射层2、以及设置在透明电致伸缩陶瓷1另一侧的透明电极4。优选地，在反射层2上设置由多个金属电极单元组成的金属电极阵列3，在透明电极4上设置增透膜5。在透明电致伸缩陶瓷1的外周缘设置底座6用于支撑透明电致伸缩陶瓷1。
[0017]透明电致伸缩陶瓷可以为PMN
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PT透明陶瓷、PLMNT透明陶瓷、PZN
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PT透明陶瓷或者PLZT透明陶瓷，优选PLZT透明陶瓷和PLMNT透明陶瓷。透明电致伸缩陶瓷的厚度可为0.5～10.0mm，直径(宽度)可为20～150mm。
[0018]通过蒸镀、溅射等镀膜方法在透明电致伸缩陶瓷1的一侧面上形成反射层2，反射层2的材质可为电介质反射膜，优选TiO2(Ta2O5)和SiO2多层周期性反射膜。反射层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明电致伸缩陶瓷的应用，其特征在于，所述透明电致伸缩陶瓷作为镜面可自形变的变形镜的镜体而无需额外驱动器。2.根据权利要求1所述的透明电致伸缩陶瓷的应用，其特征在于，所述透明电致伸缩陶瓷选择PMN
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PT透明陶瓷、PLMNT透明陶瓷、PZN
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PT透明陶瓷或者PLZT透明陶瓷。3.根据权利要求1或2所述的透明电致伸缩陶瓷的应用，其特征在于，所述透明电致伸缩陶瓷厚度为0.5～10.0mm，直径为20～150mm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾霞，何夕云，仇萍荪，凌亮，邹顺，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：