微机械连续薄膜变形反射镜

建立了微机械连续薄膜变形反射镜的静电力驱动理论模型,推导出微机械连续薄膜变形反射镜的变形位移和驱动电压的关系表达式,利用该公式、静电力表达式和弹性支撑的回复力分析了变形镜的稳定工作驱动、不稳定工作驱动和最大变形位移,讨论了变形镜的结构参数对变形位移的影响.所得结果对于设计微机械连续薄膜变形反射镜具有重要意义.     

压电薄膜自适应变形微反射镜阵列研究

介绍了自适应光学系统中的一种全新的基于Pb（ZrxTi1-xO3）（PZT）薄膜的微反射镜阵列。通过控制PZT薄膜两端电压实现微镜单元的微量形变,改变反射镜局部面形,校正畸变波面的波差,改善成像质量。该方案在重掺杂Si片基底上依次制备PbTiO3（PT）、PZT,最后镀Al作为反射面,形成Si／Pr／PZT／Al的膜层结构。对制备完全的试片在数字波面干涉仪上进行了形变测试,尽管受到了薄膜热形变作用的影响,仍实现了约1．2μm的可控形变,证明该方案用做自适应变形反射镜的可行性。     

方口径压电薄膜变形镜夹持应力控制研究

基于有限元方法,以三点夹持为例,对压电薄膜变形镜(PFDM)的工作特性进行了仿真分析,发现变形镜与镜框之间因夹持带来的接触应力会导致镜面变形与电压之间呈现非线性变化。针对这一问题,提出了两种改进方式,仿真结果表明,两种改进方式均能够有效改善变形镜的非线性响应问题。     

薄膜反射镜的静电成形

利用薄膜反射镜作为太空望远镜主镜是研究大口径、超轻型未来空间光学系统的最新方向之一。基于静电学原理，设计了口径Ф200 mm薄膜反射镜静电成形实验系统，该系统包括薄膜反射镜固定装置、电极板装置以及直流高压系统。采用ZYGO干涉仪和莫尔偏折术，分别对薄膜反射镜面形随直流电压的变化情况以及不同电压下薄膜反射镜的顶点曲率半径进行了观察和测量，并与理论值进行了比较和分析。实验结果表明，该系统可有效改变薄膜反射镜的面形。目前，在700 V电压下，薄膜反射镜的顶点曲率半径达17.7 m。     

静电拉伸薄膜反射镜成形机理研究

静电拉伸薄膜反射镜是利用静电场库仑力作用使薄膜产生面形变化,生成所需的光学曲面.由于薄膜反射镜成形过程中力场与静电场的相互耦合作用非常复杂,使其到目前为止在面形控制的理论分析上仍未有定量的结果.首先以平板电容理论为基础,对薄膜成形静电力场进行了近似分析,然后根据半球模型求解了薄膜结构变形,最终得到了薄膜反射镜面形尺寸与静电压参数的函数关系.所得结论对静电拉伸薄膜的研究工作具有一定的指导意义.     

变形镜及其驱动器的动态响应测试研究

变形镜是自适应光学系统中的关键部件之一,它的动态响应性能直接决定了其对大气扰动的校正能力.提出了一种基于光电倍增管的测试方法,用于对变形镜及其高压驱动器进行动态响应测试.测试表明,变形镜的谐振频率优于12 kHz,促动器及其驱动器可以不失增益的工作到2kHz.     

61单元分立式压电变形反射镜的研制

用于校正波前误差的61单元分立式压电变形反射镜是61单元自适应光学系统（AO）的关键器件之一。由于系统对单元数（61单元）和变形量（±3μm）的要求超过以往曾研制的变形镜，对研制工作带来许多困难。我们从理论分析到工艺研究采取措施，使研制的变形镜成功用于AO系统实验。     

梳齿式静电微驱动器的边缘效应影响分析

针对梳齿式静电微驱动器横向静电力的边缘效应问题,采用基于保角变换的修正公式和有限元法分别进行建模分析。采用修正公式虽然可以减小分析误差,但不能准确捕获边缘效应对驱动器驱动性能的动态影响过程,而有限元法能够准确捕获横向静电力受边缘效应影响而发生突变的过程。通过有限元法分析得出,驱动器的结构参数及其工艺误差均对横向静电力的边缘效应有影响,而驱动电压对边缘效应的影响可以忽略;当梳齿接近完全交叠时,边缘效应的影响显著,驱动器驱动性能具有明显的非线性特征。     

MEMS微变形反射镜校正波前静态畸变实验

微变形反射镜(MEMS-DMs)是用于自适应光学中波前校正的重要元件.对微变形镜波前校正原理进行了分析,设计了基于自适应光学系统的测试系统,通过闭环控制技术成功地利用一种分离式MEMS-DMs校正了实验系统中位相板引入的波前畸变,实验结果显示离焦项Zernike系数相对最大,是造成整个波面畸变的最重要的原因.MEMS-DMs对低阶波前畸变校正较好,高阶波前畸变校正时残余误差比较大,增加控制电极数量可以更好地校正高阶模式的波前畸变.基于自适应光学系统的MEMS-DMs波前畸变校正实验系统,可以为今后全面优化设计微变形反射镜及其更适应自适应光学系统的需要提供实验数据与理论支持.     

基于主成份分析的微机械薄膜变形镜波前复原技术

为了解决微机械薄膜变形镜的由于整体薄膜宽交连值、单向形变所引起的Zernike模式像差校正能力较低的问题,采用了一种基于主成份分析的波前模式分析方法,方法利用对微机械薄膜变形镜驱动电极影响函数的相关分析,并对新向量组进行了降维处理,得到的模式复原波前基向量有助于减少测量噪声和计算误差的影响.方法对于基于微机械薄膜变形镜的模式控制电压的求解有着重要意义.     

可变形反射镜的研究进展及应用

介绍了国内外几种技术比较成熟的可变形反射镜的工作原理,分析了它们的优缺点.针对作者设计、研制的两种可变形反射镜及相关成果进行了评述.利用自主研发的测试系统,对可变形反射镜的特性进行了测试,并且预测了可变形反射镜的发展方向.     

基于静电平行板驱动器的MEMS变形镜特性分析

静电平行板驱动器是基于静电驱动的MEMS变形镜的关键部件,其静态及动态性能对MEMS变形镜有重要影响.设计并利用表面硅工艺加工制作了三种基于不同弹性系数的静电平行板驱动器的MEMS变形镜,分别采用解析公式和有限元仿真方法分析了弹性系数对变形镜的三项性能参数即行程、吸合电压和固有频率的影响,并利用白光表面轮廓仪进行实验测试,验证了理论和仿真结果的有效性.实验结果表明三种变形镜中半圆环梁驱动器变形镜具有适中的吸合电压和较大的行程,最适合于自适应光学系统的应用需求.     

Performance of an Adaptive Optics System with Dual Deformable Mirrors

One deformable mirror (DM) in conventional adaptive optics system can not meet the needs of large scale and high order aberration compensation. In this paper, a dual DMs way is presented, which needs the decoupling of dual DMs. In dual DMs adaptive optics (AO) system, the decoupling algorithm of dual DMs is deduced. Stroke of one of DMs is large, spatial frequency of the other is high. According to the algorithm, the large stroke DM (LSDM) corrects low order aberration only, and the high spatial frequency DM (HSFDM) corrects other aberration. The experimental result for two 61-DM AO system is presented. The result indicates that the experimental performance of dual DMs AO system is almost the same with that of the conventional AO system using single DM with ideal stroke and equivalent spatial frequency.     

Performance of an Adaptive Optics System with Dual Deformable Mirrors

One deformable mirror （DM） in conventional adaptive optics system can not meet the needs of large scale and high order aberration compensation. In this paper, a dual DMs way is presented, which needs the decoupling of dual DMs. In dual DMs adaptive optics （AO） system, the decoupling algorithm of dual DMs is deduced. Stroke of one of DMs is large, spatial frequency of the other is high. According to the algorithm, the large stroke DM （LSDM） corrects low order aberration only, and the high spatial frequency DM （HSFDM） corrects other aberration. The experimental result for two 61-DM AO system is presented. The result indicates that the experimental performance of dual DMs AO system is almost the same with that of the conventional AO system using single DM with ideal stroke and equivalent spatial frequency.     

基于静电排斥力的大冲程MEMS变形镜

设计并制造了一种基于静电排斥力的大冲程MEMS变形镜,此变形镜采用了三个多晶硅结构层和一个金属反射层的设计.利用表面硅工艺完成了变形镜的加工,结合有限元分析软件和白光干涉仪对三种不同驱动器电极空间分布方式的静电排斥型变形镜进行了分析和研究.测试结果表明,静电排斥型变形镜在200V下能实现1.7 μm以上的位移,冲程较传...     

老年人健康信息管理系统的开发与应用

从电路模型上分析多路复用技术在压电微变形镜控制中的驱动特性,设计了基于双MOSFET开关的驱动电路,并对致动器的电压保持能力和抗干扰能力做了测试.实验和分析表明,一个高压运放驱动25个压电陶瓷(PZT)致动器时,工作频率可达400 Hz,致动器的变形控制精度在2%左右.与传统控制方法相比,该方法具有低功耗、低成本的优点,适用于自适应光学系统中多通道压电微变形镜的控制.     

基于压电陶瓷促动器的连续镜面变形镜研制进展

为了开展自适应光学技术研究,研制了一系列的基于压电陶瓷促动器的连续镜面变形镜,促动器控制单元数分别为21、97、137和961。利用变形镜作为自适应光学波前校正器,进行了多个室内、室外的自适应光学校正实验,取得了很好的实验效果,其中137单元变形镜在1.23 m望远镜上面的自适应光学系统中取得了对0.2″双星的校正效果,在700~900 nm波段接近望远镜的衍射极限。介绍了变形镜的基本结构,各变形镜的主要参数测试及关键性能指标,列举了各变形镜在自适应光学系统中的应用情况。最后对变形镜的研制进展及应用进行了展望。     

带透明电极可变形反射镜的研制

提出了基于微电子机械系统（MEMS）技术的一种新型的带透明电极的可变形反射镜。给出了透明电极、超薄镜面和驱动电极的制作工艺及其工作特性。静态测试结果表明,带透明电极的可变形反射镜驱动电压低,最大变形量可达19μm,有效反射面积可达200mm^2,能很好地改善整个自适应系统的性能。     

腔镜位置变形镜波前补偿与实验研究

在多程放大系统中,激光一般要经过腔反射镜两次,将变形镜置于腔反射镜位置能够有效提高其校正量.在某些多程放大系统设计过程中,为了降低输出端激光的像差,采用了90°旋转的"U"型反转器和变口径技术,激光两次经过腔反射镜的位置和坐标关系都发生了变化.采用数学的方法对这种情况下腔反射镜位置的面形解存在性进行了证明,并在带有90°旋转"U"型反转器的星光-拍瓦(XG-PW)装置上对腔反射镜位置大口径变形镜的应用进行了实验验证.理论和实验研究结果为后续大型激光装置的自适应光学波前补偿方案设计提供了依据.