CN112731651A - 一种具有电控厚度可调的光学调相器 - Google Patents

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梁忠诚
徐林山
陈陶
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light

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Abstract

本发明公开了一种具有电控厚度可调的光学调相器，包括电弹性体以及设置在电弹性体两个表面的硬质框架，所述电弹性体在电压控制下厚度可变，光沿电弹性体垂直方向传播。本发明利用电弹性体厚度可调性能，实现电弹性体垂直方向上光束光程的微量调控；结构简单、精度高，在光学综合孔径成像和光信息处理领域有应用前景。

Description

一种具有电控厚度可调的光学调相器
技术领域
本发明涉及光学调相器，特别涉及一种具有电控厚度可调的光学调相器。
背景技术
航天遥感技术被广泛应用于对地高分辨率成像、飞行导航、军事侦探、灾害预警、天文观察及深空探测等领域，它也是人们获取各种空间信息、发现和识别目标以及各国掌握信息主动权的重要途径之一，空间分辨率是对航天遥感器观测能力进行评判的重要技术指标。对于单孔成像系统由于会受到衍射极限的限制，为了提高空间分辨率则需要增大遥感系统的口径，但增大孔径会受到材料、工艺、制造成本、质量以及有效载荷舱体积等因素的限制。
为了克服这些难点，许多科学家进行了综合孔径成像系统的理论研究工作，在光学综合孔径成像系统中，阵列中各个子孔径的相位很容易受到影响，导致相位出现偏差，使得整个光学系统的成像效果变差。若要提升系统的成像质量，则需要对子孔径进行调整和相位匹配，而传统的光学调相器结构复杂，制造工艺繁琐。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种具有电控厚度可调的光学调相器，利用电弹性体的电驱动性能，实现相位调控。
技术方案：本发明所述的一种具有电控厚度可调的光学调相器，包括电弹性体以及设置在电弹性体两个表面的硬质框架，固定电弹性体形状的同时使电弹性体保持拉伸施加的应力，所述电弹性体具有电致活性，电弹性体在电压控制下厚度可变，光束沿电弹性体垂直方向传播，光程根据电弹性体厚度的变化而改变，形成可调介质层。
利用电弹性体的粘性，在所述电弹性体两个表面分别涂覆柔性导电材料作为电极，涂覆形状为环形，中间未涂覆区域作为通光孔径，通过导电材料对电弹性体施加应力。
进一步，所述柔性导电材料采用碳膏。
进一步，所述电弹性体两个表面涂覆柔性导电材料的位置相同。
进一步，所述硬质框架采用玻璃或塑料。
进一步，所述电弹性体在通光时，通光孔为相位可调的调相介质层。
进一步，在所述电弹性体涂覆柔性导电材料时，根据光路需要，选择不同的位置及形状进行涂覆。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：利用电弹性体厚度可调性能，实现电弹性体垂直方向上光束光程的微量调控；结构简单、精度高，在光学综合孔径成像和光信息处理领域有应用前景。
附图说明
图1为本发明主视图；
图2为本发明俯视图。
具体实施方式
本实施例所述的一种具有电控厚度可调的光学调相器，结构如图1、2所示，将一块膜状电弹性体(1)进行拉伸，给电弹性体(1)施加应力，使电弹性体(1)变薄，利用电弹性体(1)的粘性，将施加了应力的电弹性体(1)两面分别黏贴一个硬质框架(2)，再沿着硬质框架(2)外沿将电弹性体(1)裁剪出来，将框架内部区域电弹性体(1)的形状固定住，并保持对电弹性体(1)施加的应力，在电弹性体(1)两面相同的位置涂覆柔性导电材料(3)，在没有涂覆柔性导电材料(3)的位置选择一块区域作为通光孔径(4)，电弹性体(1)厚度是电控可调，当涂覆柔性导电材料(3)的区域受静电力改变厚度，电弹性体(1)体积不会改变，而且硬质框架(2)束缚了电弹性体(1)的延展，通电后涂覆柔性导电材料(3)区域的电弹性体(1)只能向没有涂覆柔性导电材料(3)的区域延展，没有涂覆柔性导电材料(3)区域的电弹性体(1)受到周围电弹性体(1)的挤压会释放之前拉伸施加的应力，厚度上增加，光束从通光孔径(4)垂直方向穿过时，该方向上的光程可以调节，由此形成可调介质层。为了使电弹性体(1)的拉伸状况得到量化控制，选择适当的拉伸器件，对电弹性体(1)进行单向或双向不同倍数的拉伸，量化拉伸程度后将电弹性体调相器的规格明确区分出来。通光孔径(4)的两面分别作为光束的输入输出端，垂直与电弹性体(1)方向传输光束的光程随电弹性体(1)的厚度电控调节，在电弹性体(1)两面涂覆柔性导电材料(3)区域施加电压使其在通光方向的厚度可以随电压控制而改变，从而改变通光方向的光程或相位，达到光束相位控制的目的。
电弹性体(1)薄膜选用VHB4910，柔性导电材料(3)采用碳膏，硬质框架(2)采用塑料框架，电弹性体(1)薄膜电控调节厚度范围达10μm以上，调控精度达1nm，电弹性体(1)薄膜的折射率为n，根据光程等于薄膜厚度乘以折射率n的公式，光程调节范围大于10μm，对于可见光，波长λ取0.55μm，由此可得光学调制器的光程调节范围约为20λ以上，且调节精度小于0.01λ，适用于大多数的相位调节场合。电弹性体(1)形变响应快、应变大，制造工艺简单成熟，已经通过工业方法大规模生产。两面塑料框架使用厚度较薄的亚克力制作而成，柔性电极区域选用性能优异的ET-120C导电碳膏涂覆而成，使用导线或金属片将柔性电极区域与电源连接。

Claims (6)

1.一种具有电控厚度可调的光学调相器，其特征在于，包括电弹性体(1)以及设置在电弹性体(1)两个表面的硬质框架(2)，所述电弹性体(1)在电压控制下厚度可变，光沿电弹性体(1)垂直方向传播。
2.根据权利要求1所述的具有电控厚度可调的光学调相器，其特征在于，在所述电弹性体(1)两个表面分别涂覆柔性导电材料(3)作为电极，涂覆形状为环形，中间未涂覆区域作为通光孔径(4)。
3.根据权利要求2所述的具有电控厚度可调的光学调相器，其特征在于，所述电弹性体(1)两个表面涂覆柔性导电材料(3)的位置相同。
4.根据权利要求2所述的具有电控厚度可调的光学调相器，其特征在于，所述柔性导电材料(3)采用碳膏。
5.根据权利要求1所述的具有电控厚度可调的光学调相器，其特征在于，所述硬质框架(2)采用玻璃或塑料。
6.根据权利要求1所述的具有电控厚度可调的光学调相器，其特征在于，所述电弹性体(1)在通光时，通光孔径(4)为相位可调的调相介质层。
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