CN109270681B - 一种透射式压电变形镜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学器件技术领域，具体涉及一种透射式压电变形镜，所述透射式压电变形镜包括压电驱动层、薄透射变形层、可变形透射介质、环形固定支撑结构、光学透镜，所述压电驱动层包括单压电片、单压电片上下两侧覆盖的上电极层和下电极层，所述压电驱动层粘接在薄透射变形层的外侧，所述薄透射变形层的外侧中央无压电驱动层覆盖的区域为透射式压电变形镜的工作区域，所述薄透射变形层的内侧粘接在环形固定支撑结构上，所述环形固定支撑结构的中间部分填充有可变形的透射介质，所述环形固定支撑结构的下侧粘接光学透镜构成透射式压电变形镜的本体。本发明所述压电变形镜通过压电驱动层通电变形使工作区域内透射介质厚度产生差异，从而校正像差。
Description
技术领域
本发明属于光学器件技术领域，具体涉及一种透射式压电变形镜。
背景技术
自适应光学(AO)是精密光学系统中的关键技术，在天文望远镜、活体显微成像、眼科学、高功率激光自适应/整形、自由空间光通信等领域有良好的应用前景。变形镜作为自适应光学系统(AO)中的波前校正器，它通过实时改变自身镜面的形貌，实现对光学系统中的波前畸变进行校正，实时校正相差获得高质量的光束，使系统达到理想状态。
传统的变形镜是反射式的，反射式变形镜引入光学系统需要引入系统结构复杂的折叠光路，而且需要中继光学器件来容纳反射可变形元件，这会导致其在光学系统中的集成十分困难、成本高昂。此外，波前传感器的使用使其在某些场景的集成不切实际，虽然研究人员研发了另一类光束波前控制器---液晶空间光调制器，它能在一定条件的情况下校正光束像差。但是，液晶器件主要限于低功率激光器的应用，而且它们具有偏振敏感和单色的缺点。这些原因都导致AO系统难以大规模应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种透射式压电变形镜。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种透射式压电变形镜，包括压电驱动层、薄透射变形层、可变形透射介质、环形固定支撑结构、光学透镜，所述压电驱动层包括单压电片、单压电片上下两侧覆盖的上电极层和下电极层，所述压电驱动层粘接在薄透射变形层的外侧，所述薄透射变形层的外侧中央无压电驱动层覆盖的区域为透射式压电变形镜的工作区域，所述薄透射变形层的内侧粘接在环形固定支撑结构上，所述环形固定支撑结构的中间部分填充有可变形的透射介质，所述环形固定支撑结构的下侧粘接光学透镜构成透射式压电变形镜的本体。
上述方案中，所述压电驱动层的主体为环形结构的单压电片。
上述方案中，所述下电极层与所述单压电片的形状相同，所述上电极层为分离的环形阵列电极层。
上述方案中，所述工作区域为圆形区域，直径小于环形结构单压电片的内径。
上述方案中，所述工作区域镀有增加透射率的增透膜。
上述方案中，所述分离的环形阵列电极层为两环扇形阵列电极层。
上述方案中，所述薄透射变形层的材料为玻璃或有机玻璃。
上述方案中，所述可变形透射介质的材料为矿物油、水凝胶或硅胶。
上述方案中，所述光学透镜为平面透镜、凹透镜或凸透镜。
上述方案中，所述电极层为金属电极层，包括银、铝等；所述电极层通过电极引线与外电源连接。
本发明所述透射式压电变形镜的工作原理：压电驱动层粘合到薄透射变形层用作致动器，施加电压后产生形变使薄透射变形层产生弯曲。由于薄透射变形层的边界被环形固定支撑结构固定，限定了压电驱动层的切线方向形变。虽然致动器是围绕透明孔放置在通光口径外，但能使薄透射变形层中间工作区域产生形变，从而挤压可变形透射介质使其变形，可变形透射介质的厚度改变使通过的光束产生光程差，从而达到校正相差的目的。
本发明的有益效果如下：1)本发明所述透射式压电变形镜可简化传统反射式变形镜应用时需要折叠光学路径、设置中继光学器件等复杂过程，通过算法基于图像质量来控制透射式压电变形镜的形状，可代替有波前传感器的自适应光学系统，可更加容易地集成到光学系统中；2)本发明所述透射式压电变形镜与其他折射波前调制器相比，没有光偏振敏感性、适合不同波长光束、适用范围广等优点，其可直接嵌入光路中而在通用光学系统中实现应用，大大简化光学系统设计，有效降低成本，有利于增加AO系统在其他新应用中的传播。
附图说明
图1为本发明所述实施例1中透射式压电变形镜的结构示意图。
图2为本发明所述实施例2中透射式压电变形镜的结构示意图。
图3为本发明所述实施例3中透射式压电变形镜的结构示意图。
图4为本发明所述实施例1中透射式压电变形镜校正离焦像差的示意图。
图5为本发明所述实施例1中透射式压电变形镜可校正的其他像差示意图。
图6为本发明所述实施例1中下电极层形状。
图7为本发明所述实施例1中透射式压电变形镜上电极层的扇形金属电极图案。
图中，1-薄透射变形层，2-可变形透射介质，3-环形固定支撑结构，4-光学透镜，5-环形压电驱动层，6-上电极层，7-环形结构单压电片，8-下电极层，9-增透膜，10-外环，11-内环。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
图1为本实施例所述透射式压电变形镜的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的透射式压电变形镜包括：薄透射变形层1、可变形透射介质2、环形固定支撑结构3和光学透镜4、环形压电驱动层5，所述环形压电驱动层5包括单压电片7、覆盖在单压电片两侧的上电极层6和下电极层8，所述上电极层6为两环扇形金属(银、铝等)电极层，所述下电极层8为环形金属电极层；环形压电驱动层5用环氧胶粘接在薄透射变形层1的外侧，薄透射变形层1的外侧中央无环形压电驱动层覆盖的区域镀为透射式压电变形镜的工作区域，该工作区域上覆盖有增加透射率的增透膜9，薄透射变形层固定在环形固定支撑结构3上，环形固定支撑结构3的中间部分填充有可变形透射介质2(矿物油)，光学透镜4粘接在环形固定支撑结构的下侧构成压电变形镜本体(图中未表示出胶层)。
所述薄透射变形层1的材料为具有高折射率、低色散的硼硅酸盐玻璃，其厚度150μm，外径为50mm。所述薄透射变形层1上安装有一个环形压电驱动层5，环形压电驱动层5为外径为40mm，内径为18mm，厚度为200μm的环形压电陶瓷片。所述环形压电驱动层的上电极层为扇形金属电极层，共两环分为24个扇区，可以独立驱动，下电极层为环形金属电极层，与环形单压电片同样大。所述可变形透射介质为透明液体矿物油，其具有低色散，折射率与薄透射变形层、光学透镜的材料相匹配等特点，能够在不同光谱范围内工作。所述电极层通过银浆将引线与电极连接，引线连接外电源驱动。
如图4，环形压电驱动层施加电压后产生形变，由于固支作用使薄透射变形层产生弯曲，中间的工作区域产生离焦面型，光束通过透射式变形镜，由于光程差存在，离焦相差得到校正。同理，由于环形压电驱动层上有上下两层电极层，其中上电极层为可独立驱动的扇形电极层，施加不同压力后，透射式变形镜可在中间的工作区域产生更多复杂的面形，如图5所示，像散、慧差等其他像差都可通过薄透射变形层的变形得到校正。
图6为下电极层，与环形单压电片一样的形状。
图7为上电极层：分离的两环扇形阵列电极层的结构示意图，从图7可以看出，两环为外环10和内环11，外环和内环同时被分割成多个扇形结构形成两环扇形阵列结构。
实施例2
图2为本实施例所述透射式压电变形镜的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的透射式压电变形镜整体结构与实施例1所述透射式压电变形镜的结构示意图相似，不同之处在于：光学透镜4不再是平面透镜，而是凸透镜。
实施例3
图3为本实施例所述透射式压电变形镜的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的透射式压电变形镜整体结构与实施例1所述透射式压电变形镜的结构示意图相似，不同之处在于：光学透镜4不再是平面透镜，而是凹透镜。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种透射式压电变形镜，其特征在于，包括压电驱动层、薄透射变形层、可变形透射介质、环形固定支撑结构、光学透镜，所述压电驱动层包括单压电片、单压电片上下两侧覆盖的上电极层和下电极层，所述压电驱动层粘接在薄透射变形层的外侧，所述薄透射变形层的外侧中央无压电驱动层覆盖的区域为透射式压电变形镜的工作区域，所述薄透射变形层的内侧粘接在环形固定支撑结构上，所述环形固定支撑结构的中间部分填充有可变形的透射介质，所述环形固定支撑结构的下侧粘接光学透镜构成透射式压电变形镜的本体。
2.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述压电驱动层的主体为环形结构的单压电片。
3.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述下电极层与所述单压电片的形状相同，所述上电极层为分离的环形阵列电极层。
4.根据权利要求2所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述工作区域为圆形区域，直径小于环形结构单压电片的内径。
5.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述工作区域镀有增加透射率的增透膜。
6.根据权利要求3所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述分离的环形阵列电极层为两环扇形阵列电极层。
7.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述薄透射变形层的材料为玻璃或有机玻璃。
8.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述可变形透射介质的材料为矿物油、水凝胶或硅胶。
9.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述光学透镜为平面透镜、凹透镜或凸透镜。
10.根据权利要求1所述的透射式压电变形镜，其特征在于，所述电极层为金属电极层，所述电极层通过电极引线与外电源连接。
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