本发明专利技术公开了一种用于倾斜和高阶像差同时校正的音圈变形镜及光学系统，属于自适应光学领域。通过设计一种可同时校正倾斜像差和高阶像差的音圈变形镜结构设计，简化了自适应光学系统结构，该可同时校正倾斜像差和高阶像差的音圈变形镜由高阶波前畸变校正子系统和微偏转子系统构成，微偏转子系统由柔性铰链、偏转台、驱动器三部分组成，且柔性铰链采用万向型柔性铰链和簧片型柔性铰链共同支撑偏转台，从而降低重力对偏转台的影响；该光学系统不需要单独用于倾斜探测的探测器，减少了透镜数，提高了系统能量使用效率，简化了控制过程。简化了控制过程。简化了控制过程。
【技术实现步骤摘要】
用于倾斜和高阶像差同时校正的音圈变形镜及光学系统
[0001]本专利技术涉及一种用于倾斜和高阶像差同时校正的音圈变形镜及光学系统，属于自适应光学领域。
技术介绍
[0002]变形镜和倾斜镜是自适应光学系统中的波前校正单元，能够补偿受到大气湍流、热晕等干扰的畸变波前。除了液晶空间光调制器和相位调制变形镜外，绝大部分变形镜都是反射式变形镜，其原理是通过镜面变形引入额外光程，消除相位差。如压电变形镜、微机电(Micro
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Electro
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Mechanical System,MEMS)变形镜、磁液变形镜、音圈变形镜等；其中音圈变形镜具有无磁滞、调制量大、线性度好等优点，在天文观测和激光通信等领域得到广泛应用。
[0003]1993年，意大利切特里天文台的Piero Salinari首次提出使用音圈驱动器来控制自适应光学系统的可变形次镜[P.Salinari,C.Del Vecchio and V.Biliotti,A study of an adaptive secondary mirror[C].in Proc.ESO Conference,ICO
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16Satellite Conference,Active and Adaptive Optics,August 1993]。他们在当时条件下可以将驱动器直径做到25mm内，并且估算了单个驱动器的功率范围为0.3W至0.5W。这种基于音圈驱动器的新型变形镜简化了自适应光学系统，提高了成像分辨率。2012年，具有1170个驱动器的可变形次镜在VLT(Very Large Telescope，VLT)望远镜上安装[BIASI R,ANDRIGHETTONI M,ANGERER G.VLT deformable secondary mirror:integration and electromechanical tests results[C]//Adaptive Optics Systems III.International Society for Optics and Photonics,2012,8447:84472G.]，镜面直径1.12m，响应时间0.5ms。
[0004]目前已有的单个变形镜的调制量很难满足全阶像差校正的需求，所以科研人员在光路中将两个变形镜级联组成“高低音”系统：一个调制量大、驱动器密度小的变形镜用于校正低阶像差，另一个调制量小、驱动器密度大的变形镜用于校正高阶像差[YANG S J,KE X Z.Experimental study on adaptive optical wavefront correction with dual mirrors in free space optical communication.Optik,2021,242:167146.]。无论是“倾斜镜
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变形镜”组合还是“高低音”系统，都能显著提高自适应光学系统的校正效果，但带来的是更加复杂的光路和更高的成本。国内学者对能够进行全阶像差校正的变形镜也进行了一些研究，上海大学的吴智政等人提出了一种具有双层布局驱动器的磁液变形镜，小尺寸、高密度的上层驱动器用于补偿小幅值高阶像差，大尺寸、低密度的下层驱动器用于校正大幅值低阶像差，该变形镜对典型像差的残差值可以校正到原始波前均方根(Root Mean Square,RMS)值的5％[ZHANG Z,WEI X,WU Z Z,et al.Modeling and evaluation of magnetic fluid deformable mirror with dual
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layer actuators[J].Int J Optomechatronics,2019,13(1):1
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17.]。但是，磁液变形镜的重要组成之一是具有流动性的液体，导致变形镜必须水平放置，光线通过折叠镜反射到变形镜，所以磁液变形镜的使用场景受限。
技术实现思路
[0005]为了解决传统自适应光学系统需要倾斜镜和变形镜才能进行全阶像差校正的问题，本申请提出了一种可同时校正倾斜像差和高阶像差的音圈变形镜结构设计，这样的设计简化了自适应光学系统结构，不需要单独用于倾斜探测的探测器，减少了透镜数，提高了系统能量使用效率，简化了控制过程。
[0006]一种用于倾斜和高阶像差同时校正的音圈变形镜，所述音圈变形镜包括高阶波前畸变校正子系统和微偏转子系统，其中，所述微偏转子系统由柔性铰链、偏转台、驱动器三部分组成；所述高阶波前畸变校正子系统采用由直径在毫米量级的微型音圈驱动器和弹簧固定结构组成的紧凑型音圈变形镜实现。
[0007]可选的，所述音圈变形镜包括：用于校正高阶像差的紧凑型音圈变形镜17，偏转台18，万向型柔性铰链19，簧片型柔性铰链20和音圈驱动器21；
[0008]其中，所述用于校正高阶像差的紧凑型音圈变形镜17安装在偏转台18上，偏转台18由万向型柔性铰链19和簧片型柔性铰链20共同支撑，偏转台18下方设置有四个呈十字形排布音圈驱动器21，音圈驱动器21的动子与偏转台18连接，驱动偏转台18以万向型柔性铰链19为中心产生微偏转。
[0009]可选的，所述音圈变形镜还包括：前盖16，基板22和后盖23，其中，万向型柔性铰链19和音圈驱动器21均安装在基板22上，基板22对应位置设置有定位槽；
[0010]基板22与后盖23直接接触；前盖16边缘部分与后盖23连接密封以阻止灰尘进入所述音圈变形镜内部。
[0011]可选的，所述前盖16中央位置留有通光孔。
[0012]可选的，所述音圈驱动器21驱动偏转台18产生某个方向的偏转有两种工作方式：单侧驱动方式和双侧驱动方式。
[0013]可选的，所述万向型柔性铰链19直径d3不超过5.5毫米，铰链的高度限制为10毫米；铰链的束腰直径d1不小于1毫米。
[0014]可选的，所述万向型柔性铰链19直径d3取5毫米，铰链的切口长度d2取9毫米，铰链的束腰直径d1取1毫米。
[0015]可选的，所述万向型柔性铰链19的厚度小于偏转台18的厚度。
[0016]本申请还提供一种用于倾斜和高阶像差同时校正的光学系统，所述系统包括：望远镜1，第一透镜2，分光片或分色片9，数据处理器8，第二透镜10，相机11，第三透镜12，第四透镜13，夏克哈特曼波前探测器14，变形镜15；其中，所述变形镜15为上述用于倾斜和高阶像差同时校正的音圈变形镜。
[0017]可选的，所述第三透镜12和第四透镜13组成光束的缩束或扩束系统，且使得变形镜15和夏克哈特曼波前探测器14共轭。
[0018]本专利技术有益效果是：
[0019]通过提供一种采用倾斜和高阶像差同时校正的新型音圈变形镜后，减化了自适应光学系统光路，不需要单独的倾斜探测器，简化了系统的结构、降低了控制系统的复杂度、降低了成本、提高了能量使用效率。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于倾斜和高阶像差同时校正的音圈变形镜，其特征在于，所述音圈变形镜包括高阶波前畸变校正子系统和微偏转子系统，其中，所述微偏转子系统由柔性铰链、偏转台、驱动器三部分组成；所述高阶波前畸变校正子系统采用由直径在毫米量级的微型音圈驱动器和弹簧固定结构组成的紧凑型音圈变形镜实现。2.根据权利要求1所述的音圈变形镜，其特征在于，所述音圈变形镜包括：用于校正高阶像差的紧凑型音圈变形镜(17)，偏转台(18)，万向型柔性铰链(19)，簧片型柔性铰链(20)和音圈驱动器(21)；其中，所述用于校正高阶像差的紧凑型音圈变形镜(17)安装在偏转台(18)上，偏转台(18)由万向型柔性铰链(19)和簧片型柔性铰链(20)共同支撑，偏转台(18)下方设置有四个呈十字形排布音圈驱动器(21)，音圈驱动器(21)的动子与偏转台(18)连接，驱动偏转台(18)以万向型柔性铰链(19)为中心产生微偏转。3.根据权利要求2所述的音圈变形镜，其特征在于，所述音圈变形镜还包括：前盖(16)，基板(22)和后盖(23)，其中，万向型柔性铰链(19)和音圈驱动器(21)均安装在基板(22)上，基板(22)对应位置设置有定位槽；基板(22)与后盖(23)直接接触；前盖(16)边缘部分与后盖(23)连接密封以阻止灰尘进入所述音圈变形镜内部。4.根据权利要求3所述的音圈变形镜，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡立发，姜律，徐星宇，杨燕燕，华晟骁，冯佳濠，胡鸣，王红燕，张琪，吴晶晶，俞琳，朱华新，苏宙平，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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