本发明专利技术涉及一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜及制备方法,该反射镜包括激光照射区,激光照射区设置在反射镜的中心位置;夹持区,夹持区设置在反射镜的外圈;多个弹性支撑臂设置在激光照射区和夹持区之间,弹性支撑臂对激光照射区域起到弹性支撑,减小了光压作用方向上的刚度,用于放大激光照射区的光压驱动位移,多个弹性支撑臂的设置增加了重力作用方向上的刚度,保证反射镜光压驱动位移响应的线性度,解决了实际使用中反射镜性能下降的问题。本发明专利技术的反射镜具有光能到机械能转化效率高、位移响应线性度好、小型化和低成本的优势,可广泛的应用于精密测量领域。可广泛的应用于精密测量领域。可广泛的应用于精密测量领域。
【技术实现步骤摘要】
一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜及制备方法
[0001]本申请涉及精密测量
,具体涉及一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜及制备方法。
技术介绍
[0002]激光照射在物体上,存在多种能够引起物体运动的效应,包括光热效应、光声效应、光弹效应和光压效应。其中光压效应可以精确地产生皮牛至毫牛级的微小力驱动物体,无损地推动目标物体发生位移,将光能转换为目标物体的机械能。基于上述换能原理,可以开发新型光学传感器,因此光压效应在精密测量应用中具有极高应用价值和潜力。
[0003]由于光压效应产生的微小力无法克服厘米级及更大尺寸的宏观反射镜的重力和摩擦力,光压在普通反射镜上造成的位移幅值仅几十到几百皮米,光能到机械能的换能效率极低,难以被传统测力仪器或位移传感器测量。
技术实现思路
[0004]为了解决上述技术问题,提出本申请。本申请提供了一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜及制备方法,解决了现有技术中由于光压照射在反射镜上产生的位移响应小、光能到机械能换能效率低,而难以被传统测力仪器或位移传感器测量的问题。
[0005]根据本申请的一个方面,提供了一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,包括激光照射区,所述激光照射区设置在所述反射镜的中心位置;夹持区,所述夹持区设置在所述反射镜的外圈;多个弹性支撑臂,多个所述弹性支撑臂设置在所述激光照射区和夹持区之间,当激光照射到所述激光照射区时,多个所述弹性支撑臂用于放大所述激光照射区的光压驱动位移。
[0006]反射镜的夹持区可以采用多点夹持固定夹具、单点粘合固定夹具、多点粘合固定夹具或磁性预紧夹具对反射镜进行夹持固定。
[0007]在一实施例中,多个所述弹性支撑臂与所述激光照射区以及所述夹持区为一体结构。
[0008]在一实施例中,多个所述弹性支撑臂围绕所述反射镜的中心点呈螺旋线均匀分布在所述激光照射区与所述夹持区之间。
[0009]在一实施例中,所述反射镜的半径为10mm
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20mm,所述激光照射区的半径为4mm
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8mm,所述夹持区宽为1mm
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2mm。
[0010]在一实施例中,所述弹性支撑臂的螺旋线半径为1mm
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3mm,所述弹性支撑臂的臂宽为1mm
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3mm,所述弹性支撑臂的厚度为5μm
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500μm。
[0011]在一实施例中,所述弹性支撑臂的参数方程C(x,y)为
[0012]x=w
0 s cos(s),s∈[0,3π/2][0013]y=w
0 s sin(s),s∈[0,3π/2][0014]其中:w0为弹性支撑臂的螺旋线半径;s为参数方程自变量;∈表示s在[0,3π/2]区
间内取值。
[0015]根据本申请的另一方面,提供了一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜的制备方法,(1)基底制备,选择波长为10nm
‑
2000nm的透明光学材料,加工制备得到反射镜的基底;(2)镀膜,将制备完成的反射镜的基底表面进行镀膜得到反射镜。
[0016]在一实施例中,透明光学材料选择紫外波段、可见光波段和红外波段的透明光学材料,光学透过率大于50%,透明光学材料包括光学玻璃,光学塑料,碳元素薄片;光学玻璃包括稀土元素光学玻璃,无铅光学玻璃,氟磷酸盐光学玻璃,旭硝子玻璃,石英晶体;光学塑料包括但不仅限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚苯乙烯(PS),苯乙烯
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甲基丙烯酸甲酯共聚物(NAS),苯乙烯
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丙烯晴共聚物(SAN),聚碳酸酯(PC),烯丙基二甘醇碳酸脂(CR
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39),4
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甲基戊烯聚合物(TPX),环烯烃聚合物(COP),环烯烃共聚物(COC)。碳元素薄片包括但不限于金刚石薄片,石墨薄片和二维碳元素材料。
[0017]在一实施例中,采用激光切割、3D打印、材料自组装、刻蚀、玻璃模压中的一种加工方法制备得到反射镜的基底;
[0018]在一实施例中,镀膜包括蒸镀、离子溅射、物理气相沉积、化学气相沉积或电镀中的一种。
[0019]在一实施例中,反射镜的基底表面包括反射镜的正面(激光照射面)以及反射镜的背面。
[0020]在一实施例中,膜为介质膜或金属膜中的一种,金属膜为金膜层、金氧化物膜层、银膜层、银氧化物膜层、铝膜层、铝氧化物膜层、铜膜层、铜氧化物膜层中的其中一种,介质膜为二氧化硅膜层、氧化锆膜层、氧化钽膜层、氧化钛膜层、砷化镓膜层和铝砷化镓膜层中的一种。
[0021]本申请提供的一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,该反射镜包括激光照射区,所述激光照射区设置在所述反射镜的中心位置;夹持区,所述夹持区设置在所述反射镜的外圈;多个弹性支撑臂,多个所述弹性支撑臂设置在所述激光照射区和夹持区之间,当激光照射到所述激光照射区时,多个所述弹性支撑臂用于放大所述激光照射区的光压驱动位移。通过设置多个弹性支撑臂,增加弹性支撑臂在重力方向上的刚度,减小反射镜在重力作用下的变形。反射镜在132nN光压作用下,可以产生0.1nm到10μm的光压驱动位移。0.1nm到10μm的光压驱动位移是可以通过位移传感器观测到的位移,使得光能到机械能的换能效率提高,本申请的反射镜可广泛的应用于精密测量领域,用于宏观尺度的光压力的精密测量、大功率激光器出光功率在线测量或激光加工中。
附图说明
[0022]通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述,本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请实施例一起用于解释本申请,并不构成对本申请的限制。在附图中,相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
[0023]图1是本申请一示例性实施例提供的用于线性放大光压驱动位移的反射镜结构示意图;
[0024]图2是本申请一示例性实施例提供的用于线性放大光压驱动位移的反射镜正视图
及螺旋曲线参数方程C(x,y)示意图(图中,R表示反射镜的半径;r表示激光照射区的半径;L表示夹持区的宽度;h表示激光照射区的厚度;W表示弹性支撑臂的臂宽;w0表示螺旋线半径)
[0025]图3是本申请一示例性实施例提供的用于线性放大光压驱动位移的反射镜在夹具中受到光压和重力作用的结构示意图;
[0026]图4是本申请一示例性实施例提供的用于线性放大光压驱动位移的反射镜上光压载荷分布示意图(图中(a)为激光功率密度分布,(b)为光压力密度分度);
[0027]图5是本申请一示例实施例提供的用于线性放大光压驱动位移的反射镜在光压作用下的稳态位移场仿真结果(图中,(a)是反射镜形变的示意图,(b)是反射镜光压驱动位移场结果,(c)是激光照射区的位移场结果);
[0028]图6是本申请一示例性实施例提供的用于线性放大光压驱动位移的反射镜的基底及镀膜后的结构示意图(图中,(a)是反射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,其特征在于:包括激光照射区,所述激光照射区设置在所述反射镜的中心位置;夹持区,所述夹持区设置在所述反射镜的外圈;多个弹性支撑臂,多个所述弹性支撑臂设置在所述激光照射区和夹持区之间,当激光照射到所述激光照射区时,多个所述弹性支撑臂用于放大所述激光照射区的光压驱动位移。2.根据权利要求1所述的一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,其特征在于:多个所述弹性支撑臂与所述激光照射区以及所述夹持区为一体结构。3.根据权利要求2所述的一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,其特征在于:多个所述弹性支撑臂围绕所述反射镜的中心点呈螺旋线均匀分布在所述激光照射区与所述夹持区之间。4.根据权利要求3所述的一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,其特征在于:所述反射镜的半径为10mm
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20mm,所述激光照射区的半径为4mm
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8mm,所述夹持区宽为1mm
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2mm。5. 根据根据权利要求4所述的一种用于线性放大光压驱动位移的反射镜,其特征在于:所述弹性支撑臂的螺旋线半径为1mm
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【专利技术属性】
技术研发人员:顾春阳,房丰洲,黄思雨,
申请(专利权)人:天津大学,
类型:发明
国别省市:
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