双压电变形反射镜的优化设计

一种压电陶瓷驱动式变形反射镜及其制造方
法
1 压电陶瓷驱动式变形反射镜
压电陶瓷驱动式变形反射镜（以下简称“变形反射镜”）是一种
变形元件，可以实现光聚焦、功率调节等功能，迅速获得广泛的应用。

变形反射镜由一个压电陶瓷驱动器组成，它能够识别电场变化，
并以正确的方向和恰当的速度做出反应，从而改变反射面的几何形状，实现光聚焦等功能。

2 变形反射镜的制作
变形反射镜的制作流程分为三个步骤：预处理、检测和加工。

首先，进行预处理，分割陶瓷和水晶片，用贴有压电陶瓷晶片的特殊胶
合剂进行组装；然后，进行光照检测，观察反射镜表面是否光滑；最后，进行加工，在加压电变形处理过程中给表面增加一层玻璃介质，
以保证表面的通透性。

3 工作原理
变形反射镜的工作原理是当电场的大小改变时，变形反射镜的形
状也会改变。

电场的大小可以通过控制传感器精确控制，从而控制反
射镜的表面形状，实现光聚焦或功率调节等功能。

4 优点
变形反射镜具有以下几大优点：
(1) 体积小：变形反射镜体积小，不受温度影响，非常适合小型系统应用。

(2) 高精度：变形反射镜采用内置压电陶瓷技术，可以实现高精度的几何形状控制，并可以准确控制反射镜的表面形状。

(3) 高抗力：由于压电陶瓷的非线性变形特性，变形反射镜具有较高的抗力，可以满足复杂加工工况中特殊要求。

表示，变形反射镜具有以上优点，可以为工业、军事和生活领域提供更多的应用场景。

压电驱动双面快速指向镜的设计宋盛;刘重飞;苑自勇;徐卫明;舒嵘【摘要】According to the requirements of laser radars for beam wavefront ,a piezo-activated double-sided and fast-steering mirror was designed to realize the high-accuracy beam pointing and wide scanning range of a coherent laser remote system . The mechanical structure of the system and its electronics control method were researched .In consideration of the system requirements for the point angle , clear aperture and the signal bandwidth , an actuator and a displacement amplification mechanism were chosen .To overcome the nonlinear effectof piezoelectric ceramics ,such as hysteresis and creep , an analog Proportion Intergration Differentiation (PID ) closed-loop feedback control method by taking a strain gauge as the displacement sensor was designed .By analysis of the natural modal frequencies of the pointing mirror ,the circum support was determined as the mirrorsupport manner .Experimental results indicate that the pointing accuracy and scanning speed of the system a re respectively 27 μrad and2 .7 rad/s at the range of 27 mrad × 27 mrad ,which satisfies the requirements of laser remote sensing for detection ranges ,detection accuracy and detection speeds .%考虑相干激光雷达对光束波前的要求，设计了压电驱动双面快速指向镜系统以实现相干激光遥感探测的高精度大范围指向定位。

关于对压电片应用的若干问题思考【摘要】对于双压电片来说，在其应用上存在大量的问题。

特别是变形反射镜设计来说，通常作为波前矫正器，这主要是因为它的结构相对比较简单、而且变形量也较大，耗费成本偏低等，这样一来，可以代替传统变形镜，从而大大降低自适应光学系统成本。

为进一步验证双压电片可行性以及反射镜性能，本文是利用20单元试验样镜。

而此样镜结构为双层压电陶瓷，而其中一层作为整体离焦电极，主要用于校正大幅值离焦像差。

通过试验表明，样镜离焦像差可以获得高达8um以上校正量，此外，也可以适应其它高阶像差，然而，校正能力会因空间频率的持续升高而不断的降低，进而显现出适用于校正低阶像差特性。

同时，又对有效孔径下的拟合能力进行详细的探讨和分析。

【关键词】双压电片；变形镜设计；应用；问题；探究0.前言近年来，经过多年不断的努力与发展，市场中出现多种类型变形镜：其中比较常见的变形镜为分离式层叠压电变形镜、基于MEMS的微变形镜、双压电片变形镜。

然而，不同的变形镜具有不同的特性，例如：分立式叠放压电变形镜尽管发展相对比较成熟，但由于其工艺相对十分复杂，再加上，制作周期相对较长，结构偏大，因此，不利于系统小型化的发展。

尽管MEMS变形镜实现集成化，但由于变形量相对较小，通常用于校正小像差。

与前两种变形镜相比较来说，双压电片变形镜的结构相对十分的简单，而且成本消耗也较低，变形量相对较大，所以，得到了广泛的推广和使用。

在西方发达国家来说，其双压电片变形镜研究取得较大的进步。

然而，在中国，还没有出现关于双压电片研制成功的报道。

事实上，我国对于变形镜研究工作起步较晚，到目前为止已经研制出一块样镜，本文主要对样镜性能测试加以深入的探讨和分析，从而更好的解决压电片应用问题。

1.双压电片变形镜设计和仿真分析1.1概述双压电片变形镜结构是把两片压电材料按照相反极化发现粘接在一起得到的。

但是，因压电材料具有横向逆压电效应，因此，若在极化方向加入电压，便会使压电材料在沿着垂直极化的方向上出现伸展或者是收缩。

*本课题得到国家科委863高科技项目部分支持。

**现工作单位:钢铁研究总院工艺研究所,北京100081。

收稿日期:1998-04-07;收到修改稿日期:1998-07-14第19卷　第9期1999年9月光　学　学　报ACT A OPT ICA SIN ICA V o l.19,N o.9September ,1999双压电变形反射镜的优化设计*杨　强**　朱建平　曹根瑞(北京理工大学光电工程系,北京100081)摘　要　利用K o ko ro w ski 导出的自由边界条件下双压电变形镜表面位移-电压所满足的偏微分方程,运用高斯迭代法求解该方程,得出变形镜的静态响应函数矩阵f (r , )。

考虑到由大气湍流造成的光学波前畸变中各泽尼克(Zer nike)基元模式的统计权重分布,以及变形镜的实际装夹定位方式,对双压电变形反射镜的优化设计进行了分析。

结果表明:变形镜的校正能力随被校正的各项泽尼克模式像差在大气湍流造成的波前畸变中所占统计权重的不同而有很大的差别,其优化设计结果也随之而变;变形镜的定位方式对其校正能力有一定的影响,但影响不大。

关键词　自适应光学,　变形反射镜,　优化设计,　响应函数矩阵。

1　引 言变形反射镜(通常也称之为波前校正器)是自适应光学系统中的核心器件之一,它具有能可控地改变其反射波前相位畸变的特点。

目前国内外用得比较普遍的分立式压电变形镜具有灵敏度高、校正自由度多、动态范围大等优点,但造价昂贵,结构复杂,加之随着控制电极的增多,信号处理电路也变得复杂,导致整个系统的响应速度变慢。

相比之下双压电变形镜具有工作电压低、动态范围大、结构简单、造价低廉以及在和曲率波前传感器配合使用的情况下系统响应速度快等优点。

不足之处是它只适合于校正低阶像差,但在多数情况下,这已能满足使用要求,因此仍有广阔的应用前景。

双压电变形镜的优化设计工作目前在国外初见报道[1～3]。

本文研究的重点是针对大气湍流造成的光学波前畸变中各泽尼克基元模式统计权重的不同,以及变形镜的实际装夹定位方式不同,对优化设计作更深入的研究和探讨。

双压电片变形镜像差校正能力刘文劲;宁禹;董理治;晏虎;雷翔;杨平;许冰【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2012(24)7【摘要】The impacts of effective aperture size and beam incident angle on the aberration correction ability of a 20-actuator bimorph deformable mirror whose clear aperture is 30 mm are numerically analyzed based on measured influence functions. Numerical simulations show that, when the effective aperture is 16 mm, the deformable mirror can correct aberrations well. The increase in the beam incident angle lowers both the correction accuracy and amplitude. However, if the incident angle is limited within 25 the impact of beam incident angle is not obvious.%利用实测影响函数,通过数值仿真分析了有效孔径、光束入射角度对于 20单元双压电片变形镜像差校正能力的影响.仿真结果表明:有效孔径为16 mm时,变形镜对于各阶像差的校正能力较好；而随着光束入射到变形镜角度的增大,变形镜对于像差的校正精度与校正幅度都会出现下降,但是如果能够将入射角控制在25 °以内,入射角度对变形镜的像差校正能力影响不大.【总页数】4页(P1611-1614)【作者】刘文劲;宁禹;董理治;晏虎;雷翔;杨平;许冰【作者单位】中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209;中国科学院研究生院,北京 100039;中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209;中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209;中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209;中国科学院研究生院,北京 100039;中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209;中国科学院研究生院,北京 100039;中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209;中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室,成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,成都610209【正文语种】中文【中图分类】O439【相关文献】1.低阶像差校正的压电驱动变形镜测试与仿真优化 [J], 范占斌;戴一帆;宁禹;关朝亮;刘俊峰;付天洋2.基于近红外光谱的人眼像差校正系统中变形镜性能对比研究 [J], 钮赛赛;沈建新;梁春;张运海;李邦明3.37单元双压电片变形镜板条激光光束净化 [J], 晏虎;雷翔;刘文劲;王帅;高源;董理治;杨平;许冰4.双压电片变形镜的人眼像差拟合能力分析 [J], 王媛媛;何益;魏凌;李凌霄;杨金生;李喜琪;周虹;张雨东5.正电压边缘驱动的双压电片变形镜研制 [J], 彭泰然;李文来;娄军强;崔玉国;马剑强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高带宽压电片变形镜的动力学仿真与优化方法研究
杨开科;罗俊鹏;马文静;耿远超;王德恩;袁强
【期刊名称】《工程设计学报》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】为进一步提高压电波前校正器的响应速度和轻量化程度,对面向高动态形状控制的压电片变形镜的动力学仿真与优化方法进行了研究。

首先,基于压电片变形镜的参数化有限元模型,提出了高效、高精度的电-力耦合动力学仿真分析方法。

然后,通过正交遍历多维设计参数(光学反射镜与压电陶瓷的材料类型、几何尺寸和固定方式等),探究了不同参数对压电片变形镜动态形状控制性能的影响规律。

最后,优化得到具有预期响应带宽和驱动位移性能的压电片变形镜设计方案,并通过制备压电片变形镜的原理样件来验证其性能。

实验结果表明,所研制的压电片变形镜的固有频率和镜面驱动位移幅值符合预期,验证了所提出的动力学仿真与优化方法的有效性,这可为高带宽压电片变形镜的高效研制提供科学的理论方法。

【总页数】7页(P130-136)
【作者】杨开科;罗俊鹏;马文静;耿远超;王德恩;袁强
【作者单位】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
【相关文献】
1.低阶像差校正的压电驱动变形镜测试与仿真优化
2.基于动力学仿真的零件拓扑优化方法研究
3.翼片展开动力学分析及仿真方法研究
4.高铁虚拟现实三维仿真场景优化方法的研究
5.大秦线重载组合列车速度异常及渡板变形纵向动力学计算与操纵优化仿真研究
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双压电片变形镜的人眼像差拟合能力分析王媛媛;何益;魏凌;李凌霄;杨金生;李喜琪;周虹;张雨东【摘要】针对三种不同空间分辨率的双压电片变形镜(Bimorph DM),采用仿真实验分析其对3～35项Zernike静态像差和实际人眼(包括疾病人眼)像差的拟合能力.实验表明,Bimorph变形镜特别适用于校正低阶像差,拟合误差小于0.15,随着空间分辨率的增加,Bimorph变形镜对Zernike像差和人眼像差的拟合能力总体表现为增强的趋势,其中,35单元的Bimorph变形镜的像差拟合能力最优,对前20项Zernike像差的拟合误差稍优于传统分立式压电变形镜.通过对Bimorph变形镜像差拟合能力的实验分析,为人眼视网膜高分辨率系统的Bimorph变形镜选型提供了分析方法,也为进一步提升Bimorph变形镜的像差校正能力奠定了研究基础.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2018(045)012【总页数】6页(P19-24)【关键词】自适应光学;双压电片变形镜;Zernike像差;像差拟合;视网膜成像【作者】王媛媛;何益;魏凌;李凌霄;杨金生;李喜琪;周虹;张雨东【作者单位】中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院大学,北京100049;温州医科大学附属眼视光医院,浙江温州325035;温州医科大学,浙江温州325035;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院大学,北京100049;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】TH74;O4391 引言利用自适应光学技术实时探测人眼像差并完成校正，可以获取人眼视网膜近衍射极限的细胞级高分辨率图像[1-2]，已经逐渐成为视觉科学和眼科医学领域的一种前所未有的科学工具和研究手段[3-4]，有助于实现对视觉功能更深入的认识，以及对眼科疾病的早期诊断[5-6]。