專利名稱：用于波前相位校正的光控變形鏡裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及波前相位校正，特別是一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，其優點是制備工藝簡單、空間分辨率高。
背景技術：
隨著自適應光學技術的發展，波前相位校正在天文望遠鏡、視網膜成像、激光光束整形、光通信等領域得到越來越多的應用。變形鏡作為一種相位校正器件，是自適應光學系統的核心部分。目前技術成熟的變形鏡從驅動原理上分主要有壓電式變形鏡、靜電式變形鏡、電磁式變形鏡。壓電式變形鏡主要利用壓電材料的壓電特性，當對壓電材料施加電壓時，由于壓電效應產生橫向伸長或收縮，帶動鏡面的局部變形；靜電式變形鏡主要以靜電力作為驅動力，采用MEMS技術進行制備，通過控制電壓調節靜電力的大小，反射面由于靜電吸引產生相應的形變；電磁式變形鏡主要以電磁線圈產生的電磁力作為驅動力，使粘有永磁體的鏡面產生相應的形變。這三種變形鏡盡管驅動原理不同，但本質上都通過控制驅動力的大小使反射面發生相應的形變，形變的大小與驅動力的大小存在對應關系。為使變形鏡的反射面達到所需的狀態，目前通常將反射面劃分為多個小反射面，每個小反射面連接一個驅動單元，該驅動單元連接一個獨立的電極，通過控制該電極上的電壓來調節對該小反射面的驅動力，進而控制該反射面的狀態。顯然變形鏡的空間分辨率隨驅動單元數目的增加而提高。當驅動單元數目不多時，空間分辨率較低；驅動單元數目越多，空間分辨率越高，變形鏡的控制精度越高，但驅動單元數目的增加使整個變形鏡的結構及其復雜，對微機械加工水平提出了很高的要求，工藝上很難加工，并使器件成本及其昂貴。這就造成了目前現有的變形鏡驅動單元數目不多，空間分辨率較低的問題。

發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有變形鏡驅動單元數目不多、空間分辨率低下的問題，提供一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，該裝置與現有的變形鏡相比，不僅制備工藝簡單，而且空間分辨率較高，可用于視網膜成像、激光光束整形和光通信等領域。本發明的主要思想:一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，主要是將驅動光經過計算機控制的空間光調制器后的光強分布通過成像透鏡成像在變形鏡的光導層上，由于光導層電阻隨驅動光的光強增大而減小，并且與空氣層呈串聯結構、兩者總電壓保持不變，變形鏡的空氣層出現對應的電壓分布，緊貼空氣層的導電反射膜因靜電吸引產生與電壓分布對應的形變，以便對入射在導電反射膜表面的光進行波前位相校正。
本發明的技術解決方案如下:一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，特點在于該裝置包括驅動光源、沿該驅動光源輸出的驅動光方向依次是空間光調制器、成像透鏡組和變形鏡，所述的變形鏡的結構沿驅動光的入射方向依次是:透明導電膜、光導晶體、空氣層和導電反射膜，所述的透明導電膜和導電反射膜之間連接一臺交流電源，所述的空間光調制器由計算機控制，所述的光導晶體沿厚度方向的中心層位于空間光調制器的透射面成像在所述的成像透鏡組的像平面上，所述的光導晶體的電導率隨驅動光光強的增大而增大。所述的光導晶體的厚度為0.5mm 2mm。所述的空氣層的厚度為10 μ m 100 μ m。所述的驅動光源是激光光源，或發光二極管光源。所述的空間光調制器是薄膜晶體管液晶空間光調制器或硅基板液晶空間光調制器。與現有的變形鏡相比，本發明的顯著優點在于:由于沒有多個驅動電極，本發明的制備工藝非常簡單，而目前現有的變形鏡當驅動電極數目增多時，驅動單元數目也增多，工藝上很難加工，并且器件成本及其昂貴。本發明對變形鏡反射面形態的控制并非直接通過驅動電極控制，而是通過控制照射在變形鏡的光導晶體上的驅動光強度，使光導晶體的電阻發生改變，進而使空氣層上的分壓發生改變，由于靜電吸引使導電反射膜的面型產生相應的形變。結合本發明的結構，通過計算機控制空間光調制器便可精確控制照射在變形鏡光導晶體上的驅動光空間強度分布，進而實現對變形鏡導電反射膜面型的精確控制，顯然本發明光控變形鏡的空間分辨率與所用的空間光調制器的空間分辨率是一致的。本發明光控變形鏡的空間分辨率可達到十微米量級，這遠遠高于目前現有變形鏡的空間分辨率(毫米量級)。


圖1是本發明用于波前相位校正的光控變形鏡裝置的結構示意圖。圖2是本發明所述的變形鏡(4)的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。先請參閱圖1，圖1是本發明用于波前相位校正的光控變形鏡裝置的結構示意圖，由圖可見，本發明用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，包括驅動光源1、沿該驅動光源I輸出的驅動光依次是空間光調制器2、成像透鏡組3和變形鏡4，所述的變形鏡4的結構沿驅動光的入射方向依次是:透明導電膜41、光導晶體42、空氣層43和導電反射膜44，所述的透明導電膜41和導電反射膜44之間連接一臺交流電源45，所述的空間光調制器2由計算機5控制，所述的光導晶體42沿厚度方向的中心層位于空間光調制器2的透射面經所述的成像透鏡組3成像的像平面上。所述的空間光調制器2可以是薄膜晶體管液晶空間光調制器或硅基板液晶空間光調制器，由計算機5控制，可以產生所需要的空間透過率分布。
所述的成像透鏡組3要求盡可能無相差，擴束比需根據所述的空間光調制器2透射面的尺寸和實際變形鏡有效反射面的尺寸進行確定，若所述的空間光調制器2透射面的尺寸為aXa、實際變形鏡有效反射面的尺寸為bXb，則所述的成像透鏡組3的擴束比應設計為b:a。所述的變形鏡4的光導晶體42應滿足:①電導率隨驅動光光強的增大而增大；②厚度為0.5mm 2mm。所述的變形鏡4的空氣層43的厚度為10 μ m 100 μ m。所述的變形鏡4的反射導電膜44的方塊電阻(導電膜的基本參數之一，該值只與膜層厚度有關)要求小于50 Ω。 所述的交流電源45的工作頻率可調范圍為IOOHz 1000Hz、工作電壓大小可調范圍為50V 200V，當工作頻率為ω、工作電壓大小為V時，按以下步驟進行測試:①控制計算機5，使所述的空間光調制器2的透射面的各個像素的透過率為0，利用Hartmann傳感器測得此時導電反射膜44的反射面的面型為；②控制計算機5，使所述的空間光調制器2的透射面的各個像素的透過率達到1，利用Hartmann傳感器測得此時導電反射膜44的反射面的面型為O1U, y)。本發明光控變形鏡裝置的使用方法:當要求所述的導電反射膜44產生位相畸變Φχ(χ，γ)時，調節所述的變形鏡4的交流電源45，使其工作頻率為ω、工作電壓大小為V，并控制所述的計算機5使空間光調制
器2的透過率分布為八U)=:::°。
丨實施例1結構圖見圖1，驅動光源I采用460nmLED光源，其輸出的驅動光已經被準直?？臻g光調制器2采用薄膜晶體管液晶空間光調制器，成像透鏡組3的擴束比為1:1，光導晶體42選擇3cmX 3cmX Imm的硅酸鉍(BSO)晶體，空氣層43的厚度為50 μ m。實施例2實施例2與實施例1的不同點是空間光調制器2采用硅基板液晶空間光調制器。實施例3實施例3與實施例1的不同點是驅動光源I采用460nm半導體激光器。實施例4實施例4與實施例1的不同點是光導晶體42選擇2cmX 2cmX Imm的硅酸鉍晶體，成像透鏡組3的擴束比為3:2。實施例5實施例5與實施例1的不同點是 光導晶體42選擇3cmX 3cmX Imm的硫化鎘(CdS)晶體。實驗表明，本發明光控變形鏡裝置與現有的變形鏡相比，不僅制備工藝簡單，而且空間分辨率較高，可用于視網膜成像、激光光束整形和光通信等領域。
權利要求
1.一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，特征在于該裝置包括驅動光源(I)、沿該驅動光源(I)輸出的驅動光方向依次是空間光調制器(2)、成像透鏡組(3)和變形鏡(4)，所述的變形鏡(4)的結構沿驅動光的入射方向依次是:透明導電膜(41)、光導晶體(42)、空氣層(43)和導電反射膜(44)，所述的透明導電膜(41)和導電反射膜(44)之間連接一臺交流電源(45)，所述的空間光調制器(2)由計算機(5)控制，所述的光導晶體(42)沿厚度方向的中心層位于空間光調制器(2)的透射面成像在所述的成像透鏡組(3)的像平面上，所述的光導晶體(42)的電導率隨驅動光光強的增大而增大。
2.根據權利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的光導晶體(42)的厚度為0.5mm 2mmο
3.根據權利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的空氣層(43)的厚度為10 μ m 100 μ m。
4.根據權利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的驅動光源(I)是激光光源，或發光二極管光源。
5.根據權利要求1所述的光控變形鏡裝置，其特征在于所述的空間光調制器(2)是薄月旲晶體管液晶空間光調制器或娃基板液晶空間光調制器。
全文摘要
一種用于波前相位校正的光控變形鏡裝置，該裝置的構成包括驅動光光源、計算機控制的空間光調制器、成像透鏡組和變形鏡，主要是將驅動光經過計算機控制的空間光調制器后的光強分布通過成像透鏡成像在變形鏡的光導層上，由于光導層電阻隨驅動光光強增大而減小并且與空氣層呈串聯結構、兩者總電壓保持不變，變形鏡的空氣層上出現對應的電壓分布，緊貼空氣層的導電反射膜因靜電吸引產生與電壓分布對應的形變，便可對入射在導電反射膜表面的光進行波前位相校正。本發明具有制備工藝簡單、空間分辨率高的優點。
文檔編號G02B26/06GK103149682SQ201310080208
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者黃大杰, 范薇, 李學春, 殷冰雨, 郭躍, 姜秀青, 梁龍, 徐鵬翔, 林尊琪 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所