小像差压电变形镜制造技术研究

论文摘要

自适应光学技术中,反射式波前校正器因具有高响应速度、可实时校正波前而得到广泛应用。在众多类型的变形反射镜中,分立压电式连续镜面变形镜因表面没有间断点、能承受较大功率等优点,已成功应用于国内外多个自适应光学系统。但是将自适应光学应用于全息光学技术中未见报道。本文将自适应光学技术引入全息记录光学系统中,研究了一种具有小像差特征的压电变形镜,用以实现全息光学记录系统的像差补偿。论文首先介绍了自适应光学系统中变形镜的国内外研究现状、变形镜的结构和主要性能,使用影响函数的概念对变形镜的面形进行描述,并选用有限元法确定影响函数,用ANSYS软件对变形镜进行了有限元分析。变形镜总的变形量是各个促动器的影响函数综合作用的结果,本文使用最小二乘法校正畸变波前,分别对19单元和37单元变形镜的校正能力进行了计算分析。19单元变形镜基本能满足校正初级像差的要求,单元数增多后,变形镜的校正能力显著提高。最后利用自行制作的19单元变形镜进行了实验。使用干涉仪测得了变形镜每个促动器的影响函数和影响函数的线性特征,测试了变形镜的静态稳定性。由于变形镜加初次电压往往不能达到理想的效果,实验中提出了变形镜面形的优化方法,并对给定波前进行了面形优化。实验验证了理论分析的合理性。19单元变形镜对较简单的面形,如离焦、像散有较好的校正效果,经面形优化后,残余波前的PV分别达到了0.0536μm和0.0682μm。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 自适应光学及变形镜的国内外发展历程与现状
• 1.2 本文研究目的与研究内容
• 第二章 变形镜基础
• 2.1 变形镜概述
• 2.2 变形镜的结构及促动器排布方式
• 2.3 变形镜的主要性能
• 2.4 变形镜面形的泽尼克多项式描述方法
• 2.4.1 泽尼克多项式的表达形式
• 2.4.2 泽尼克多项式的性质
• 2.5 像差的泽尼克多项式拟合
• 2.6 本章小结
• 第三章 变形镜影响函数的确定方法
• 3.1 高斯函数表征变形镜的影响函数
• 3.2 有限元法确定变形镜的影响函数
• 3.2.1 有限元静力学分析的过程
• 3.2.2 变形镜影响函数的有限元求解方法
• 3.3 高斯函数与有限元法确定的变形镜影响函数的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 变形镜对给定波前的拟合能力的研究
• 4.1 校正电压的求解
• 4.1.1 影响函数的确定
• 4.1.2 阻尼最小二乘法计算校正电压
• 4.2 拟合能力的评价方法
• 4.3 19 单元变形镜对给定波前的校正
• 4.4 37 单元变形镜对给定波前的校正
• 4.5 本章小结
• 第五章 19 单元变形镜实验研究
• 5.1 变形镜的刚度矩阵
• 5.2 影响函数的线性特征
• 5.3 变形镜的静态稳定性
• 5.4 变形镜的面形优化方法
• 5.5 变形镜的面形优化
• 5.5.1 变形镜对给定波前的面形优化
• 5.5.2 实验结果与理论分析的对比
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文及参加的学术会议
• 硕士期间发表的论文
• 硕士期间参加的学术会议
• 附录
• 附录一：37 项边缘泽尼克多项式
• 附录二：有限元法求得的19 单元变形镜刚度矩阵
• 附录三：有限元法求得的37 单元变形镜刚度矩阵
• 附录四：实验测得的19 单元变形镜刚度矩阵
• 致谢