微变形反射镜主要性能测试研究

　　1　引　言

　　自适应光学元件是高性能大气成像光学系统的重要元件,用以补偿大气湍流引起的图像缺陷[1]。一个典型的自适应光学系统包括波前传感器,由精密制动器支持的反射膜片所组成的变形反射镜以及必要的硬件及光学处理软件等。其中波前传感器用来探测波前误差,计算机根据波前传感器的数据通过波前相位复原计算即可计算出所探测到的波面的波形,进而可以由软件算出变形反射镜各个驱动器应当执行的校正驱动位移数据。变形镜性能的好坏和其本身的一些特性例如对波前畸变校正能力密切相关[2]。现采用了美国Intellite公司生产的37电极微变形反射镜,对其光学影响函数矩阵及其校正能力进行了测量。

　　2　微变形反射镜面形的测量

　　微变形镜镜面的面形采用美国Zygo公司生产的数字干涉仪进行测定。数字干涉仪是利用干涉方法快速测量平面、球面的精密仪器。其光学部分采用的是菲索干涉仪原理,数字处理部分采用条纹法和位相法两种方法进行干涉图的判读[2]。其中位相探测法精度较高,测量精度为1/20λ波长,重复性精度可以达到1/1000λ波长PV值,符合对试验精度的要求[3]。工作原理如图1所示。通过CCD摄像机记录干涉图形,并经过数据处理后可以得到被检镜面的三维形貌和一组由Zernike多项式表示的镜面面形。图1所示为变形镜未加控制电压时的原始面形三维图。面形峰谷值和均方根值分别为:PV=0.598λ,rms=0.08λ。

　　3　光学影响函数理论分析

　　微变形反射镜的响应模式研究对于精确控制镜面形状来说很重要。每个电极的通电情况都对整个镜面面形有影响。为了研究方便,首先研究单个电极加电压的情况。变形镜的光学影响函数是表示当仅有一个驱动器作用而其它驱动器仅由弹性力约束时镜面局部变形[4]。单个驱动器的影响函数是高度定域的,但仍存在相交变形。变形镜的整个面形就是各个驱动器的影响函数叠加所确定。对于连续表面薄膜变形镜,面形通常就是薄膜相对于初始位置的位移量。严格来讲,各个驱动器的影响函数都不相同,它是驱动器的位函数,但一般除边缘驱动器外,其他驱动器的影响函数差别不大。下面讨论微变形反射镜的光学影响函数表达式与电极所施加电压的关系。

　　图2是微变形反射镜剖面示意图。电极的上表面和薄膜的下表面镀上金使之导电,当给电极加电压的时候,由于静电作用使得镜面薄膜向下凹陷,镜面产生面形变化。图3是变形镜电极分布和编号(37单元)。假定薄膜所在平面为欧几里德平面R2的子域Ω。变形镜共有P个电极,每个电极在薄膜上的正投影区域为ΩJ,位置坐标为cj=(xj,yj)[对于圆域,可以用极坐标表示为(ρJ,θj)],其中j=1,2,……P。