微机械薄膜变形镜光学影响函数矩阵的测试与研究

介绍了微机械薄膜变形镜光学影响函数的理论表达式以及其具有的线性叠架性,对OKO公司的37通道微机薄膜变形 进行了实际测量,得到了光学影响函数矩阵,方便了变形镜实际使用,实验结果验证了理论推导的正确性。     

变形镜振幅校正的迭代算法

本文提出了一种变形镜用于振幅校正的“迭代算法”,只需一次迭代,就可得到比“小信号算法”高一倍的校正精度,可满足一般的振幅校正要求。这种算法还基本解决了Karr提出的有限孔径引起的截断误差问题。     

采用模式变形反射镜的激光谐振腔象差的自适应校正

基于Ｚａｒｎｉｋｅ多项式的概念，提出了三自由度模式变形反射镜激光谐空象差的自适应校正原理，分析了系统开环传递函数和系统稳定性，闭环系统计算机模拟结果表明，该系统在频率为１０Ｈｚ以下的外界相位扰动的情况下，能校正９０％以上的动态象差。     

自适应光学系统MEMS微变形镜的研究

指出了传统变形镜研究所面临的瓶颈,以及采用MEMS技术研究微变形镜的优点．介绍了利用静电力驱动的平板电容式分立式微变形镜．分析结果表明它具有比传统变形镜更优越的性能．指出了进一步研究与发展MEMS微变形镜还需要解决的若干重要问题．     

变形镜参数变化对湍流像差校正效果的影响

利用61单元自适应光学系统湍流校正过程仿真模型,分析计算了变形镜的交连值、高斯 指数与自适应光学系统校正能力的关系。发现当交连值的稳定性变差时,引起校正效果的波动程度与高斯指数有关。高斯指数取1.9~2.1时,波前位相差的校正效果受交连值变化的影响最大,原因是校正算法的前提为各个驱动器的影响函数是线性叠加的。     

基于锆钛酸铅薄膜的变形镜微致动器

以锆钛酸铅（PZT）薄膜作为驱动材料,制备了变形镜的微致动器阵列．使用有限元软件对致动器进行了模拟仿真,得到了驱动器上电极尺寸、Si弹性层厚度等参数对致动器性能的影响,获得了最优化的致动器结构．以钙钛矿相的镍酸镧（LNO）作为PZT薄膜在Pt衬底上生长的缓冲层,增强了PZT薄膜的（100）取向,减小了PZT薄膜的内部应力,提高了致动器的驱动性能．最终制备出的1μm厚PZT薄膜驱动的变形镜微致动器,在10V直流电压的激励下,具有2．0μm的变形量．以PZT薄膜作为驱动材料制备的变形镜微致动器阵列,对变形镜致动器的微型化和系统集成度的提高具有重要意义．     

140单元MEMS变形镜研制及测试分析

为了满足自适应光学技术更广泛的应用需求,针对传统变形镜体积大、成本高的问题,本文研制了基于微机电系统技术的MEMS变形镜并进行了实验测试。本文研制的变形镜共有140个六边形平行板电容静电驱动器,驱动器为12×12正方形排列,间距400 μm。采用表面MEMS工艺加工了变形镜样品,并利用陶瓷PGA管壳和石英玻璃盖板对样品进行了封装,同时还研制了与之配套的小型化多通道高压驱动电源。测试结果表明,该变形镜表面PV值411 nm,RMS值78 nm,在600 nm到900 nm波段的反射率接近80%,行程1.8 μm,交连值约15%,工作带宽13 kHz,阶跃响应时间23 μs,具有体积小、成本低、响应快等优势。除了进行了单元性能的测试之外,还开环控制变形镜进行了Zernike像差的拟合测试,验证了变形镜的校正能力。结果表明,该变形镜能初步满足自适应光学系统的应用需求。

     

自适应光学系统中变形镜和波前传感器共轭位置要求的分析

通过对几何光学和物理光学模型的数值计算,分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况,进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围.结果表明,波前自由传播时的变化程度决定于像差自身的类型和大小、光束的口径以及传播的距离,大口径小像差波前近距离传播时波前变化误差很小.一般来说,变形镜和波前传感器偏离被校正瞳面共轭位置距离满足菲涅尔数大于1000时,对系统校正效果的影响可以忽略.实际应用中,应该根据校正对象的特征来具体计算波前误差随传播距离的变化,从而设计波前传感器和变形镜的位置,以及选择使用4F光学系统.本文的分析可以为自适应光学系统的整体光路设计提供一定理论参考.     

变形反射镜薄膜应力与元件变形有限元研究

残余应力是变形反射镜面临的一个重要问题。考虑薄膜中残余应力的起源,利用有限元软件建立了变形反射镜有限元模型。基于所建立的有限元模型,计算变形镜各部分受薄膜残余应力作用后的变形与应力分布。与试验测量结果进行对比,计算结果表明,建立的模型是合理的,薄膜产生的残余应力为张应力,氟化物薄膜产生的张应力大于ZnS薄膜产生的压应力,残余应力主要集中在变形反射镜镜面上,基本呈放射状分布,外圈驱动器受到应力较大。     

压电厚膜驱动的高刚度微变形镜的制备

研究制备了一种压电厚膜微变形镜,微变形镜的连续薄膜式单晶硅镜面由61单元压电厚膜致动器阵列驱动.以镜面冲程与工作频带宽为目标,对微变形镜的结构参数进行优化设计,根据优化参数采用硅微加工技术试制了61单元致动器的微变形镜.镜面、压电陶瓷与弹性支撑层厚度分别为100μm、60μm与60μm,单元间距为5mm,通光口径为40 mm.对制备的样品性能进行了测试,微变形镜在100 V电压驱动下变形量约为2.84μm,工作带宽大于10 kHz.测试结果还表明压电厚膜驱动的微变形镜拥有较高刚度,有利于提高镜面初始平面度.     

大行程变形镜有限元分析

针对自适应光学系统对变形镜行程的更高要求,本文对提高变形镜行程技术进行了分析,提出了一种解决变形镜大行程的方法:匹配、优化变形镜的结构参数;利用有限元软件分析了该结构的各参数对变形镜主要性能指标:最大变形量、交连值及最大应力等的影响.根据分析结果,利用有限元分析方法对一自适应光学望远镜所用变形镜的镜面、驱动器结构参数进...     

聚酰亚胺薄膜反射镜的研究现状

聚酰亚胺薄膜反射镜是一种正在发展中的新概念技术;它将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题,为构建太阳能收集、利用装置和大口径轻型成像反射镜奠定技术基础;美国、俄罗斯等国家的一些科研单位已经开始聚酰亚胺薄膜反射镜的研究,目前国内从事这方面研究的还非常少.此项研究将推动国内空间技术的发展.介绍了聚酰亚胺作为最有发展前途的新型反射镜材料的特点,阐述了聚酰亚胺反射镜的制备方法、像差校正手段、目前存在的主要技术难点和研究现状,以及应用领域和前景.     

基于谱线漂移校正模型的实验室光谱定标修正

针对色散型高光谱成像仪实验室光谱定标方法进行了研究,在实验室光谱采集过程中仪器内部产热导致波段中心波长的漂移,由于高光谱带宽较窄,波段内中心波长的偏移会对光学遥感器的辐射定标精度产生影响。鉴于此,提出了谱线漂移校正模型来校正光谱定标结果。在文章最后分析了模型的精度并分别根据校正前后的光谱定标结果反算出积分球出射口处的辐亮度,与真实积分球数据对比,结果证明应用谱线漂移校正模型可以很好地校正谱线温漂的现象。     

实用完备模态空间中的相容修正模型

本文建立了一种"一致元素型法".由此方法得到的"相容修正模型"不仅是唯一的,而且仅依赖正交关系导出便能满足特征方程.另外,由于本方法又属于"元素型"模式,所以相容模型有能较好地逼近位移有限元模型的特点.总之,本方法既克服了"引言"所述其它方法存在的三个问题,又具有比较简单的修正公式.