一種水冷壓電變形鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學器件領域，涉及一種一種水冷壓電變形鏡。
技術背景
[0002]變形鏡在自適應光學系統中作為波前校正器，通過實時改變自身鏡面的形貌實現對光學系統中的波前畸變進行校正，使系統達到理想狀態，在天文、激光、顯微成像等領域獲得應用。其中在激光領域，變形鏡可以在激光器的腔內和腔外對激光器的像差進行校正，從而提高激光器的性能。然而在高能激光器中，由于激光強度非常高，即使變形鏡鏡面鍍有99.9%的高反射膜，剩下的0.1%吸收率也將對變形鏡產生不良影響，有可能使鏡面額外變形而降低校正性能，甚至由于鏡面溫度過高而導致器件損壞。為解決這一問題，研究人員通過水冷方式對變形鏡進行降溫處理。
[0003]中國專利申請CN201310237019.3號披露了一種變形鏡整體式水冷散熱機構，包括熱沉、鏡體、致動元件和兩個水接頭，熱沉內設有頂部敞開的盛放槽，熱沉上設有進水口和出水口，且設有多個鏡腿，每個鏡腿在豎直方向穿設在熱沉上。鏡體設在熱沉的頂部，且鏡體的下表面與每個鏡腿的上表面相連。致動元件上設有多個致動腿，多個致動腿分別與多個鏡腿的下表面連接以通過控制每個致動腿的致動量控制鏡體的形變量，兩個水接頭分別與進水口和出水口連通。這種變形鏡的缺點在于:致動元件通過致動腿、鏡腿、連接頭和連接腿驅動鏡體形變，致動元件通過幾個點間接接觸鏡體，導致致動元件的驅動效果不好，鏡面形變效果差；且鏡腿穿過裝有冷卻液的盛放槽，傳動的結構復雜。
[0004]中國專利申請CN201420010286.7號披露了一種水冷式雙壓電變形鏡，包括水冷式雙壓電變形鏡主體和水冷式雙壓電變形鏡鏡架，水冷式雙壓電變形鏡設置于水冷式雙壓電變形鏡鏡架內，水冷式雙壓電變形鏡包括反射鏡一、反射鏡二、壓電晶片一、壓電晶片二、電極引線、變形鏡支撐件、微通道一；水冷式雙壓電變形鏡鏡架包括前蓋板、后蓋板和微通道二，鏡架前蓋板上設置的微通道二與反射鏡二上的微通道一對應，通水后，通過流水帶走反射鏡一外表面上的熱量，即可實現變形鏡的水冷功能。這種變形鏡的缺點在于:雖然壓電晶片直接與反射鏡二接觸，但是壓電晶片和電極引線均浸泡于冷卻液中；并且，鏡體由反射鏡一和反射鏡二組成，流水經過微通道一和微通道二實現冷卻功能，微通道一的存在使反射鏡一和反射鏡二的結構不同，導致兩個反射鏡對壓電晶片的形變響應不一致，影響鏡面質量。

【發明內容】

[0005]為了克服現有技術存在的致動元件通過幾個點間接接觸鏡體，導致致動元件的驅動效果不好或者壓電晶片雖然直接與反射鏡接觸，但壓電晶片與電極引線均浸泡于冷卻液中的缺點，本發明提供了一種壓電片直接與鏡體接觸，且不與冷卻液接觸的一種水冷壓電變形鏡。
[0006]—種水冷壓電變形鏡，包括鏡體，鏡體支撐件和壓電片，鏡體支撐件中設有容納冷卻液的冷卻腔，冷卻腔具有冷卻液入口和冷卻液出口，鏡體設置于鏡體支撐件頂部以封閉冷卻腔；壓電片呈環形，壓電片作為邊框固定于鏡體；壓電片與鏡體之間設置第一電極，壓電片的上表面設置第二電極；鏡體未被壓電片覆蓋的部分作為鏡體的工作區域；鏡體和鏡體支撐件固定。
[0007]進一步，第一電極為與壓電片形狀、尺寸相同的整體電極，第二電極為由電極塊組成的分體電極，電極塊包括最外層的環形塊和內層的扇形塊，多個扇形塊等距離分布圍成一個組合環，環形塊與組合環同軸設置，組合環為一個或者兩個或者多個。
[0008]進一步，鏡體由壓緊機構向鏡體支撐件壓緊，壓緊機構包括與鏡體支撐件螺接的螺釘和將壓電片和鏡體向鏡體支撐件壓緊的壓板，螺釘沿鏡體的外周均勻分布，壓板與第二電極之間有距離，壓板在外、第二電極在內；鏡體與鏡體支撐件之間設置第一墊圈，壓電片與壓板之間設置第二墊圈。
[0009]進一步，鏡體的工作區域鍍有高反射率的介質膜或者金屬膜。
[0010]進一步，鏡體呈圓形，壓電片和第一電極呈圓環形，第二電極的組合環由扇形塊以圓心等間距陣列分布；壓板為法蘭。
[0011]本發明的優點在于:1.用于光學校正的鏡體為單層均勻結構，可有效降低熱膨脹系數不匹配造成的熱變形。
[0012]2.執行器處于鏡體的外層，與冷卻液物理分離，執行器及其電氣連接不受冷卻液的影響，提高了變形鏡的穩定性和可靠性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明所述周邊固支的水冷壓電變形鏡的結構示意圖。
[0014]圖2是本發明所述周邊簡支的水冷壓電變形鏡的結構示意圖。
[0015]圖3是壓電變形鏡電極圖形。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本實施例提供的水冷壓電變形鏡包括壓電片1、鏡體2及鏡體支撐件6，鏡體支撐件6設有容納冷卻液的冷卻腔61。壓電片I采用外徑50毫米、內徑20毫米的環形壓電陶瓷片，厚度為100微米。
[0017]雙面附有金屬(銀、鋁等)電極層3、4。鏡體2采用50毫米直徑厚度200微米的硅片、石英片或者金屬片。鏡體外側一面為拋光面作為反射面，內側可以拋光也可以不拋光。壓電片I和鏡體2用環氧膠粘接在一起，構成變形鏡本體結構，圖中未表示出膠層。
[0018]鏡體支撐件6為圓形結構，兩側設置有入水口 7和出水口 8。變形鏡鏡體的下表面與腔體6通過環氧膠粘接固定，形成密封的腔體。冷卻液從入水口 7流入，進入腔體后冷卻液與變形鏡鏡面內側接觸進行冷卻，之后從出水口 8流出。
[0019]壓電片I呈環形，壓電片I作為邊框固定于鏡體2 ;壓電片I與鏡體2之間設置第一電極4，壓電片I的上表面設置第二電極3 ;鏡體2未被壓電片I覆蓋的部分作為鏡體的工作區域；鏡體2和壓電片I由壓緊機構向鏡體支撐件6壓緊。變形鏡工作區域略小于壓電層內徑，且變形鏡工作區域鍍有高反射率的金屬膜或介質膜5。
[0020]如圖2所示為用壓緊機構固定鏡體的示意圖。鏡體通過壓緊機構固定在鏡體支撐件之上。壓緊機構包括與鏡體支撐件螺接的螺釘11和將壓電片I和鏡體2向鏡體支撐件6壓緊的壓板10，螺釘11沿鏡體2的外周均勻分布，壓板10與第二電極3之間有距離，壓板10在外、第二電極3在內；鏡體2與鏡體支撐件6之間設置第一墊圈91，壓電片I與壓板10之間設置第二墊圈92。通過螺釘11穿過壓板10將變形鏡體本體結構固定到鏡體支撐件。第一墊圈91和第二墊圈92的橫截面呈圓形，壓板通過第一墊圈91將鏡體壓緊，鏡體的周圍能然能夠轉動，該安裝方式為簡支安裝。
[0021]當然，也可以是直接將鏡體粘接固定于鏡體支撐件上。或者，第一墊圈91的截面和第二墊圈92的截面均呈矩形，用壓板通過扁平的第一墊圈將鏡體壓緊于鏡體支撐件上。這種鏡體與鏡體支撐件固定后，鏡體周邊不能轉動的安裝方式為固支安裝。
[0022]如圖3所示為第二電極的俯視圖。環形的壓電片I的的上表面粘結第二電極3，下表面粘結第一電極4。其中第一電極4為與壓電層等大小的整體電極，約為I微米厚，作為底電極使用。第二電極3為由電極塊組成的分體電極，電極塊包括最外層的環形塊13和內層的扇形塊12，多個扇形塊12等距離分布圍成一個組合環，環形塊13與組合環同軸設置，組合環為一個或者兩個或者多個。環形塊13和扇形塊12的厚度均約為I微米。本實例電極有三圈組成，最外圈為環形電極13，可用來校正離焦像差。內部兩圈分割成多個電極12，可以用來校正離焦、象散、慧差等像差。由于該變形鏡僅通過邊緣的執行器實現對中間鏡面產生變形，故變形鏡主要校正低階像差。而實際強激光器中的像差主要為低階像差，故該變形鏡能夠滿足實際應用的需求。
[0023]鏡體2呈圓形，壓電片I和第一電極4呈圓環形，第二電極3的組合環由扇形塊12以圓心等間距陣列分布；壓板10為法蘭。
[0024]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【主權項】
1.一種水冷壓電變形鏡，包括鏡體，鏡體支撐件和壓電片，鏡體支撐件中設有容納冷卻液的冷卻腔，冷卻腔具有冷卻液入口和冷卻液出口，鏡體設置于鏡體支撐件頂部以封閉冷卻腔；其特征在于:壓電片呈環形，壓電片作為邊框固定于鏡體；壓電片與鏡體之間設置第一電極，壓電片的上表面設置第二電極；鏡體未被壓電片覆蓋的部分作為鏡體的工作區域；鏡體和鏡體支撐件固定。2.如權利要求1所述的水冷壓電變形鏡，其特征在于:第一電極為與壓電片形狀、尺寸相同的整體電極，第二電極為由電極塊組成的分體電極，電極塊包括最外層的環形塊和內層的扇形塊，多個扇形塊等距離分布圍成一個組合環，環形塊與組合環同軸設置，組合環為一個或者兩個或者多個。3.如權利要求1或2所述的水冷壓電變形鏡，其特征在于:鏡體由壓緊機構向鏡體支撐件壓緊，壓緊機構包括與鏡體支撐件螺接的螺釘和將壓電片和鏡體向鏡體支撐件壓緊的壓板，螺釘沿鏡體的外周均勻分布，壓板與第二電極之間有距離，壓板在外、第二電極在內；鏡體與鏡體支撐件之間設置第一墊圈，壓電片與壓板之間設置第二墊圈。4.如權利要求3所述的水冷壓電變形鏡，其特征在于:鏡體的工作區域鍍有高反射率的介質膜或者金屬膜。5.如權利要求4所述的水冷壓電變形鏡，其特征在于:鏡體呈圓形，壓電片和第一電極呈圓環形，第二電極的組合環由扇形塊以圓心等間距陣列分布；壓板為法蘭。6.如權利要求5所述的水冷壓電變形鏡，其特征在于:壓電片位于鏡體外側，鏡體內側與冷卻腔相連。
【專利摘要】一種水冷壓電變形鏡，包括鏡體，鏡體支撐件和壓電片，鏡體支撐件中設有容納冷卻液的冷卻腔，冷卻腔具有冷卻液入口和冷卻液出口，鏡體設置于鏡體支撐件頂部以封閉冷卻腔；壓電片呈環形，壓電片作為邊框固定于鏡體；壓電片與鏡體之間設置第一電極，壓電片的上表面設置第二電極；鏡體未被壓電片覆蓋的部分作為鏡體的工作區域；鏡體和鏡體支撐件固定。本發明具有壓電片直接與鏡體接觸，且不與冷卻液接觸的優點。
【IPC分類】G02B26/06
【公開號】CN105022162
【申請號】CN201510445634
【發明人】馬劍強, 田雷, 陳凱
【申請人】寧波大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月27日