單壓電片執行器陣列驅動的變形鏡的製作方法

2023-08-07 10:44:36 1

本發明屬於光學器件領域，涉及一種單壓電片執行器陣列驅動的變形鏡，用在自適應光學系統作為波前校正器。

技術背景

變形鏡作為自適應光學系統中的波前校正器，通過控制其鏡面形貌對光路中的畸變波前進行校正，使系統達到衍射極限。變形鏡的性能很大程度上決定了自適應光學系統的波前校正能力。各國科研機構投入大量的人力物力研製高性能的變形鏡，目前主要有靜電力驅動、電磁力驅動、熱變形驅動、壓電驅動等不同驅動形式的變形鏡。其中壓電驅動的變形鏡具有頻響高、性能穩定的優點。

傳統的壓電變形鏡採用壓電疊堆式執行器推動鏡面變形，具有大行程、高頻響、性能穩定，但壓電疊堆執行器價格昂貴，限制了其應用。中國專利申請200710171222.X披露了一種壓電驅動的可變形反射鏡，包括底座上面的4個PZT壓電驅動器，在4個PZT壓電驅動器上面鍵合了帶有4個支撐柱的矽反射鏡面。其壓電驅動器是通過切片機切割而成的陶瓷塊，難以產生很大的位移行程。中國專利申200610167153.0披露了一種壓電厚膜驅動的微變形鏡，包括致動單元組成的微致動器陣列和鏡面，其中致動單元由矽襯底、帶有上下電極的壓電陶瓷膜和連結凸臺組成，在矽襯底背面設有與壓電陶瓷膜相對應的孔。壓電陶瓷膜的厚度10-50微米，鏡面厚度為20-50微米的單晶矽膜片。所述微變形鏡採用微加工方法製備，工藝複雜，難以實現高性能器件的製備。

技術實現要素：

本發明的目的在於，克服現有技術中的不足，提供一種具有大行程、低成本、易於製作的單壓電片執行器陣列驅動的變形鏡。

一種單壓電片執行器陣列驅動的變形鏡，其特徵在於：包括單壓電片執行器陣列、設置在單壓電片執行器陣列上方的鏡面，單壓電片執行器陣列包括多個固定於帶通孔的基座上的單壓電片執行器，每個單壓電片執行器上均連接有支撐鏡面用的連接柱，每個單壓電片執行器包括彈性層和壓電層，壓電層的兩面均覆蓋有尺寸略小於壓電層尺寸的電極層。本發明的單壓電片執行器具有行程大、成本低的優點，產生的位移通過連接柱傳遞給鏡面，使整個變形鏡具有行程大、低成本的優點。

進一步，鏡面表面覆蓋有光學反射層，用於對光束進行校正。

進一步，單壓電片執行器為圓形結構，壓電層的直徑略小於彈性層直徑。

進一步，壓電層設置在彈性層的上方，或者彈性層設置在壓電層的上方。

進一步，與彈性層接觸的電極層與彈性層連通，並連接於同一根電線上。

進一步，連接柱位於單壓電片執行器的中心處。

進一步，單壓電片執行器是蜂窩狀排列或是矩陣式排列。

進一步，每個單壓電片執行器下面均對應一個通孔並且同心設置，通過彈性層固定於基座上，彈性層的直徑略大於通孔直徑。

本發明的工作原理：當單壓電片執行器陣列施加電壓時，單壓電片執行器產生離面位移，位移通過固定在單壓電片執行器中心的支撐柱傳遞到鏡面，使鏡面產生變形，當多個單壓電片執行器共同作用時，可使鏡面產生與畸變波前相共軛的形狀，實現對波前畸變的校正。

本發明的優點在於：

1.單壓電片執行器具有行程大，成本低的優點，使整個變形鏡具有大行程、低成本的優點。

2.結構簡單，易於製作。

附圖說明

圖1是本發明的第一種結構示意圖。

圖2是本發明單壓電片執行器的三維結構示意圖。

圖3是本發明基座的三維結構示意圖。

圖4是本發明的第二種結構示意圖。

圖5是本發明的第二種結構的三維示意圖。

具體實施方式

參照附圖，進一步說明本發明：

參見圖1，本實施例提供的單壓電執行器陣列驅動的變形鏡，包括鏡面1、單壓電片執行器陣列、連接柱3和基座4；所述單壓電執行器陣列固定於帶通孔41的基座4上，並通過連接柱3支撐鏡面1。所述的單壓電片執行器陣列由多個單壓電片執行器2組成。每個單壓電片執行器2是一圓形結構，包括彈性層22和壓電層21，壓電層21位於彈性層22之下，壓電層21的直徑略小於彈性層22直徑，彈性層22直徑略大於通孔41直徑，彈性層22通過周邊與基座4通過環氧膠粘接固定。壓電層21覆蓋有上電極層23和下電極層24，電極層23、24尺寸略微小於壓電層21。下電極層24與彈性層22是連通的，各個電極可接在一起，同用一根電線。上電極層23可通過基座4的通孔41引出，各個電極分別控制。每個單壓電執行器2的中心都有一根連接柱3，用於連接鏡面1和單壓電片執行器2。連接柱3為直徑1毫米、長10毫米的陶瓷柱。鏡面1表面覆蓋光學反射層12用於對光束進行校正。本實施例中，鏡面1採用直徑75毫米、厚度為200微米的拋光矽片或石英矽片11。

圖2單壓電執行器的原理圖，由直徑15毫米、厚100微米的銅片彈性層22和直徑10毫米、厚度80微米的壓電層21粘接而成。壓電層21兩面覆蓋圓形電極層，電極層23、24均為直徑9毫米、厚5微米的銀電極。

圖3所示為基座4，採用鋁合金或石英玻璃製作，直徑75毫米厚度5毫米，中間均勻分布圓形通孔41，通孔41直徑13毫米，通孔41排列方式可以為蜂窩狀排列也可為矩形排列。

單壓電片執行器2中的彈性層22和壓電層21上下位置可調換，圖4為壓電層21在上彈性層22在下的方案，此時壓電層21上電極層從鏡面1與基座4之間引出。與壓電層21在下彈性層22在上的方案比較，電極引出相對困難些。

圖5為本發明所述19單元單壓電片執行器陣列驅動的變形鏡的三維圖。當單壓電片執行器陣列施加電壓時，單壓電片執行器2產生離面位移，位移通過固定在單壓電片執行器2中心的支撐柱3傳遞到鏡面，使變形鏡產生變形，當多個單壓電片執行器2共同作用時，可是鏡面1產生與畸變波前相共軛的形狀，實現對波前畸變的校正。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。