大口径可拆卸压电变形反射镜.pdf

一种大口径可拆卸压电变形反射镜，包含有镜面、底座、压电驱动器；其特征在于：在镜面和压电驱动器之间夹有一块弹性片，压电驱动器与弹性片顶紧但无机械或胶粘连接；还包括有一个精密螺纹调节结构，用于调节弹性片与压电驱动器之间的预紧力大小或变形镜面形。本发明的压电驱动器与镜面不直接连接，压电驱动器更换容易、变形反射镜维护方便；且镜面光学加工、镀膜可与驱动器的加工并行，能缩短变形反射镜的制造周期；适用于大口径、大极间距、可维护性要求高的变形反射镜。

1、  一种大口径可拆卸压电变形反射镜，包含有镜面(1)、底座(3)、压电驱动器(4)；其特征在于：在镜面(1)和压电驱动器(4)之间夹有一块弹性片(2)，压电驱动器(4)与弹性片(2)顶紧但无机械或胶粘连接，压电驱动器(4)是可拆卸的。

2、  根据权利要求1所述的一种大口径可拆卸压电变形反射镜，其特征在于：还包括有一个精密螺纹调节结构(5)，用于调节弹性片(2)与压电驱动器(4)之间的预紧力大小或变形镜面形。

3、  根据权利要求1所述的一种大口径可拆卸压电变形反射镜，其特征在于：所述的压电驱动器(4)与弹性片(2)顶紧的一端粘结金属球头。

4、  根据权利要求1所述的一种大口径可拆卸压电变形反射镜，其特征在于：所述镜面(1)与弹性片(2)之间可以机械连接也可以胶粘连接。

5、  根据权利要求1所述的一种大口径可拆卸压电变形反射镜，其特征在于：所述弹性片(2)具有可调节的横向刚度和轴向刚度。

6、  根据权利要求5所述的弹性片(2)，其特征在于：弹性片(2)横向刚度是通过调节柔性铰链细颈直径φ，从而实现变形反射镜交连值的调节。

大口径可拆卸压电变形反射镜
技术领域
本发明属于自适应光学系统的波前校正器技术领域，涉及一种大口径可拆卸压电变形反射镜，源自分离式压电堆变形反射镜，适用于大口径、大极间距、可维护性要求高的变形反射镜。
背景技术
变形反射镜是自适应光学系统的核心器件之一，主要作用是实时受控地生成系统所需面形，以校正畸变波前。附图1为经典的分离式压电堆变形反射镜结构示意图，其镜面1、驱动器2、底座3胶粘成一体，结构紧凑，刚度高、稳定性好，适用于驱动器单元数密度大的变形反射镜。因为其一体结构，造成了该种变形反射镜在光学加工、光学镀膜时，技术难度大、制造周期长、尤其因压电驱动器受居里温度点限制，光学镀膜只能在低温下进行，对镀膜技术要求严格，同时，对于批量用途的变形反射镜，如激光惯性约束核聚变系统，最多使用变形反射镜达到100块以上，要求变形反射镜结构适于高效生产、方便维护，上述结构的变形反射镜用于这类系统时，其制造周期、镀膜技术、可维护性都将受到考验，寻找一种制造周期短、可维护性能高的变形反射镜结构显得非常重要。
专利号为US5917644的美国专利公开了一种整体式高能脉冲变形镜，其镜面与驱动器之间采用金属过渡件，镜面与过渡件机械连接、驱动器与过渡件胶粘连接，其主要目的解决高能辐射对胶粘层的影响。美国利弗莫尔实验室研制的用于国家点火装置的大口径变形反射镜主要解决镜面与驱动器接口问题，其驱动器是可以更换的，但其结构复杂，实施困难。公开号为CN1258854A的由中国科学院光电技术研究所发明的集成式多元压电变形反射镜其特点是镜面、驱动器、底座组成一个高刚度整体，其性能稳定、结构紧凑，但技术难度大、镜面镀膜限制因素多、制造周期长，可维护性差。在激光惯性约束核聚变系统中，对所用变形反射镜具有特殊要求：一是对于批量化的大口径变形反射镜实现驱动器、镜面并行加工，缩短制造周期；二是对于造价昂贵的大口径变形反射镜，做到驱动器更换容易、可维护性好；三是实现大口径变形反射镜镜面原始面形可调；四是对于大极间距变形反射镜实现交连值与变形量的分离设计，以提高变形反射镜波面拟合能力。这些要求，是现有压电变形反射镜所无法满足的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足；提供一种大口径可拆卸压电变形反射镜，它能满足：驱动器更换方便，可维护性好；原始面形可调；交连值指标与变形量指标可分离设计；镜面单独镀膜可不受压电陶瓷居里温度点的限制；驱动器能与镜面并行加工，缩短制造周期等要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大口径可拆卸压电变形反射镜，包含有镜面、底座、压电驱动器；其特征在于：在镜面和压电驱动器之间夹有一块弹性片，压电驱动器与弹性片顶紧但无机械或胶粘连接，压电驱动器是可拆卸的。
本发明的大口径可拆卸压电变形反射镜还包括有一个精密螺纹调节结构，用于调节弹性片与压电驱动器之间的预紧力大小或变形镜面形。
所述的压电驱动器与弹性片顶紧的一端粘结金属球头。
所述镜面与弹性片之间可以机械连接也可以胶粘连接。
所述弹性片具有可调节的横向刚度和轴向刚度。
所述的弹性片横向刚度是通过调节柔性铰链细颈直径φ，实现变形反射镜所需要的交连值。
本发明与现有技术相比所具有的优点：
1、本发明的压电驱动器与镜面不直接连接，压电驱动器更换容易、变形反射镜维护方便；
2、本发明的镜面、压电驱动器不直接连接，镜面光学加工、镀膜可与驱动器的加工并行，能缩短变形反射镜的制造周期；
3、本发明的弹性片轴向和横向刚度独立调节，能实现变形反射镜变形量与交连值分离设计；
4、本发明的镜面镀膜是在与压电驱动器组装前完成，不受压电驱动器居里温度点限制，可在高温下实现一些特殊膜系的镀制。
附图说明
图1为经典分离式压电堆变形反射镜的连接示意图；
图2为本发明的连接示意图；
图3是弹性片的结构示意图；
图中：1是镜面层，2是弹性片，3是底座，4是压电驱动器，5是精密螺纹调节机构。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
本实施例的一种大口径可拆卸压电变形反射镜结构图如图2所示；在镜面1和压电驱动器4之间夹有一块带预紧力的弹性片2，镜面1与弹性片2之间可以机械连接也可以胶粘连接；弹性片2与底座3用螺钉连接；压电驱动器4一端粘结金属球头呈球面状，另一端是平面，平面一端与精密螺纹调节机构5粘结，球面一端与弹性片2接触但无机械连接或胶粘连接；精密螺纹调节结构5，用于调节弹性片2与压电驱动器4之间的预紧力大小，并与底座3用螺钉连接，这样构成了一个以底座为支撑，以压电驱动器为驱动机构、镜面为反射面的可拆卸压电变形反射镜。
压电驱动器4粘结的金属球头单独加工，加工后与压电驱动器粘结，使用金属球头可消除机构对压电驱动器4产生的剪切力；精密螺纹调节机构5由一对螺纹幅组成，其中螺杆与压电驱动器粘结，螺母用螺钉机械连接在底座3上；底座3是整个变形反射镜的支撑件，材料可选用金属或碳化硅，但需保证刚度，以保持变形反射镜面形稳定。
所述弹性片2的结构如图3所示；头部与镜面粘结，底部与底座3间用螺钉连接，具有横向刚度和轴向刚度；其轴向刚度由厚度ξ调节，需根据镜面刚度设计，原则上保证弹性片轴向刚度必须大于镜面刚度、小于驱动器轴向刚度；横向刚度通过调节柔性铰链细颈直径φ，实现变形反射镜所需要的交连值的设计。本发明所述变形反射镜结构其正变形由驱动器推动，克服弹性片的弹力促使镜面变形，负变形依赖弹性片的复位力实现，因此，组装后弹性片有一定的预紧力，其大小视驱动器刚度和镜面刚度确定。
这里选用镜面尺寸为284mm x 284mm的17单元变形反射镜，变形反射镜极间距为76mm，镜面材料为K4玻璃，刚度为4.5kg/μm，弹性片轴向刚度为5.6kg/μm，柔性铰链细颈直径φ为3mm，压电驱动器组装后的最大变形量为±8μm，最后得到变形反射镜的最大变形量为±6μm，交连值达到15％。
由上可知本发明的大口径可拆卸压电变形反射镜，弹性片与镜面进行无应力粘结以保证镜面面形，同时保证工作时的抗拉强度；弹性片与压电驱动器之间接触但不连接，镜面的负变形由预紧后的弹性片实现，由于压电驱动器不与镜面直接连接，因此驱动器可以更换，变形反射镜维护容易；而且压电驱动器与镜面可并行加工，能缩短变形反射镜制造周期，镜面镀膜独立进行，降低了变形反射镜镀膜难度；所述精密螺纹调节机构与压电驱动器粘结为一体，通过螺纹调节，可以实现大口径变形反射镜原始面形的波长级精度调节。所述压电驱动器，受弹性片预紧力保护，可以不考虑其横向刚度所带来的加工问题，能实现大变形量(±20微米以上)，从而提高变形反射镜的变形量；弹性片的横向刚度可调，其横向刚度根据变形反射镜交连值需要调节柔性铰链最小处直径，这样既可保证大极间距变形反射镜具有较大变形量又可保证符合要求的交连值。