波前相位校正裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)儀器領(lǐng)域，具體提供三種波前相位校正裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其波前通常會(huì)受各種因素影響而發(fā)生相位的改變，這一現(xiàn) 象經(jīng)常會(huì)對(duì)依賴光波進(jìn)行的活動(dòng)造成不利影響。如在天文觀測(cè)領(lǐng)域，空氣的擾動(dòng)改變了空 氣等介質(zhì)中傳播的光波波前相位，會(huì)導(dǎo)致天文觀測(cè)失敗。又如在高能激光領(lǐng)域，增益晶體 及其他光學(xué)元件的熱透鏡效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致激光波前相位變化，降低輸出激光輸出效率和光波質(zhì) 量。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)作為一種能夠?qū)崟r(shí)校正光波波前相差的有效方法，在光學(xué)領(lǐng)域占有重 要地位。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)主要由波前傳感器、波前校正器和控制器三部分組成，其中波前校 正器是該系統(tǒng)中的重要組成部分，起到至關(guān)重要的作用。而應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波 前校正器中，應(yīng)用最廣泛的是變形鏡。
[0003] 變形鏡區(qū)別于其他光學(xué)器件的特性在于它的能動(dòng)性和可控性，即它通過可控的致 動(dòng)器致動(dòng)鏡面發(fā)生形變來校正入射光波的波前相位。變形鏡中，最常用的是反射式變形鏡， 根據(jù)其鏡面形式又可分為分立表面變形鏡和連續(xù)表面變形鏡。分立表面變形鏡由大量獨(dú)立 運(yùn)動(dòng)的小鏡面以一定方式組合成大的鏡面，這種變形鏡鏡面不連續(xù)，且每一小鏡面間存在 縫隙而引起光的損耗。而相比于分立表面變形鏡，連續(xù)表面變形鏡則由致動(dòng)器陣列控制完 整表面，可得到連續(xù)面型，并且填充率大、精度高，但是其控制復(fù)雜且形變量小。多致動(dòng)器致 動(dòng)的連續(xù)表面變形鏡產(chǎn)生的連續(xù)表面形變可校正波前畸變產(chǎn)生的各階相差，且能達(dá)到很高 的校正精度，是一種擁有廣泛應(yīng)用前景的波前校正器。
[0004] 然而，這種連續(xù)表面變形鏡存在一個(gè)明顯的問題一其多致動(dòng)器陣列需要有足 夠小的排列間隔以保證對(duì)光波波前的校正效果，同時(shí)相鄰的致動(dòng)器間會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_干涉，所 以其致動(dòng)器陣列的排列間隔又不能夠太小。因此不僅其陣列密度受限，而且相應(yīng)的控制過 程復(fù)雜。這一問題限制了其波前校正效果，同時(shí)也造成了連續(xù)表面變形鏡制造工藝要求高， 制造成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）解決的技術(shù)問題
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供三種波前相位校正裝置，能夠增大波前相位校 正的等效致動(dòng)器密度，從而優(yōu)化了波前相位校正效果，簡化了連續(xù)表面變形鏡的制造工藝、 降低制作成本。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種的單點(diǎn)雙層式波前相位校正裝置，其特征在于，該裝置包括多個(gè)連續(xù)表面變 形鏡單元，每個(gè)所述連續(xù)表面變形鏡單元由一個(gè)對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器致動(dòng)；所述連續(xù)表面變形鏡 單元排成工作表面平行相對(duì)的兩層，用于使光波在兩層連續(xù)表面變形鏡單元間依次發(fā)生反 射；每個(gè)連續(xù)表面變形鏡單元用于對(duì)光波波前的一個(gè)對(duì)應(yīng)局部范圍進(jìn)行相位校正。
[0010] 優(yōu)選地，所述連續(xù)表面變形鏡單元進(jìn)一步以陣列的形式排成工作表面平行相對(duì)的 兩層；以光波在所述工作平面上的行進(jìn)方向?yàn)樾邢?，列間距為（n-1) (d+2x);上層第i列與 下層第i列的間距為d/2+x ;其中d為同一層兩個(gè)反射點(diǎn)的間距，X為光波在工作平面上的 行進(jìn)方向上的等效致動(dòng)器間距。
[0011] 優(yōu)選地，所述裝置還包括多個(gè)光波轉(zhuǎn)向裝置，用于使已被前一行連續(xù)表面變形鏡 單元進(jìn)行過波前相位校正的光波沿行向以相同入射角入射到下一行的第一個(gè)連續(xù)表面變 形鏡單元上，并使得下一行與上一行中同列連續(xù)表面變形鏡單元的對(duì)應(yīng)局部范圍中心點(diǎn)間 距為光波在工作平面上行進(jìn)方向垂直方向上的等效致動(dòng)器間距。
[0012] 一種單點(diǎn)單層式波前相位校正裝置，其特征在于，該裝置包括多個(gè)連續(xù)表面變形 鏡單元和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡，每個(gè)所述連續(xù)表面變形鏡單元由一個(gè)對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器致動(dòng)； 所述連續(xù)表面變形鏡單元排成工作平面與所述標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡平行相對(duì)的一層，用于使光 波在該層連續(xù)表面變形鏡單元與標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡間依次發(fā)生反射；每個(gè)連續(xù)表面變形鏡單 元用于對(duì)光波波前的一個(gè)對(duì)應(yīng)局部范圍進(jìn)行相位校正。
[0013] 優(yōu)選地，所述連續(xù)表面變形鏡單元進(jìn)一步以陣列的形式排成工作平面與所述標(biāo) 準(zhǔn)平面反射鏡平行相對(duì)的一層；以光波在所述工作平面上的行進(jìn)方向?yàn)樾邢?，列間距為 (n-1) (d+x);其中d為同一層兩個(gè)反射點(diǎn)的間距，X為光波在工作平面上的行進(jìn)方向上的等 效致動(dòng)器間距。
[0014] 優(yōu)選地，所述裝置還包括多個(gè)光波轉(zhuǎn)向裝置，用于使經(jīng)過前一行的波前相位校正 后的光波沿行向以相同入射角入射到下一行的標(biāo)準(zhǔn)平面變形鏡或第一個(gè)連續(xù)表面變形鏡 單元上，并使得下一行與上一行中同列連續(xù)表面變形鏡單元的對(duì)應(yīng)局部范圍中心點(diǎn)間距為 光波在工作平面上行進(jìn)方向垂直方向上的等效致動(dòng)器間距。
[0015] 優(yōu)選地，所述連續(xù)表面變形鏡單元的內(nèi)切圓半徑R滿足
[0016]
[0017] 其中Φ為入射光波直徑，Θ為光波入射角。
[0018] 優(yōu)選地，所述連續(xù)表面變形鏡單元的材料為玻璃、薄膜、或微加工形成的材料。
[0019] 一種多點(diǎn)式波前相位校正裝置，其特征在于，包括：N2塊工作表面平行相對(duì)的兩層 連續(xù)表面變形鏡，用于使光波在兩層連續(xù)表面變形鏡間依次發(fā)生反射；每塊所述連續(xù)表面 變形鏡的致動(dòng)器安裝在多個(gè)按正方形或正三角形排列的格點(diǎn)上，所述正方形或正三角形邊 長為D ;所述裝置用于以（N/D)2的等效致動(dòng)器密度對(duì)光波波前進(jìn)行相位校正；所述N為不 小于2的正整數(shù)。
[0020] 優(yōu)選地，所述致動(dòng)器可以是壓電陶瓷致動(dòng)器、電磁力致動(dòng)器、靜電力致動(dòng)器或其他 任意一種可以改變鏡面面型的致動(dòng)器。
[0021] (三）有益效果
[0022] 本發(fā)明至少具有如下的有益效果：
[0023] 本發(fā)明提供的波前相位校正裝置，實(shí)質(zhì)上是一種化整為零思想的實(shí)際應(yīng)用。即利 用光的多次反射，將一次反射多點(diǎn)控制的相位校正等效為多次反射，而每次反射僅對(duì)光波 波前的部分區(qū)域進(jìn)行校正的過程。也就是將一個(gè)完整的多致動(dòng)器致動(dòng)的連續(xù)表面變形鏡 分割成多個(gè)由單致動(dòng)器或小數(shù)目致動(dòng)器組致動(dòng)的連續(xù)表面變形鏡單元，并將這些變形鏡單 元按照一定方式和要求排布，使光波在這些變形鏡單元構(gòu)成的多個(gè)反射表面上依次發(fā)生反 射，使校正區(qū)域覆蓋整個(gè)入射波前，完成波前相位校正。
[0024] 本發(fā)明對(duì)波前校正系統(tǒng)校正能力的意義在于，傳統(tǒng)多致動(dòng)器連續(xù)表面變形鏡的制 造中，每個(gè)致動(dòng)器結(jié)構(gòu)一致，響應(yīng)函數(shù)一致。在實(shí)施波前校正的過程中，相鄰致動(dòng)器之間的 交叉串?dāng)_限制了波前校正效果。通過把多致動(dòng)器一次反射校正拆分為多次反射校正，并通 過施加外圍可調(diào)限制，對(duì)每個(gè)致動(dòng)器的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行修正，包括響應(yīng)函數(shù)的影響半徑，變形 幅值等，從而根據(jù)需要減少或者增加致動(dòng)器之間的交聯(lián)系數(shù)，提高波前校正效果。
[0025] 本發(fā)明對(duì)簡化制造工藝的意義在于，傳統(tǒng)多致動(dòng)器連續(xù)表面變形鏡的制造中，需 要在一定的口徑內(nèi)制造陣列排布的致動(dòng)器，而通常為了提高波前校正精度需要增大致動(dòng)器 排布密度。在一定尺寸內(nèi)制造數(shù)量眾多的致動(dòng)器并且防止致動(dòng)器間不利的串?dāng)_干涉，會(huì)大 大增加變形鏡制造難度，成本也會(huì)明顯增加。利用本發(fā)明提供的分布式多反射面的波前校 正方法，僅需要制造出一個(gè)由小數(shù)目致動(dòng)器甚至單一致動(dòng)器致動(dòng)的變形鏡，