用于天文望远镜的单压电变形镜支撑方式研究

摘要

自适应光学系统能够实时测量并补偿由大气湍流引起的波前畸变，被广泛的应用于天文望远镜中，变形镜作为校正器件，是整个自适应光学系统的核心部件。其中双压电/单压电变形镜因低成本、轻量化、结构紧凑而在10米以下天文望远镜中有较大的应用前景。在变形镜设计中，其支撑方式对变形镜性能有重要影响。本文研究不同支撑方式对单压电变形镜校正性能的影响，并提出了一种带边缘驱动的大口径单压电片变形镜，通过仿真分析和实验验证了该变形镜的校正性能。本文的具体工作和结果如下：
　　（1）调研了在满足一定成像质量时天文观测对变形镜性能要求，主要表现为随着望远镜孔径的增大，在变形镜致动器数量、单个致动器变形量快速增加，并要求必要的校正带宽。结果表明课题组的214单元单压电变形镜能够满足近红外光观测，具有实际应用前景。
　　（2）研究了支撑方式不同对变形镜性能的影响，仿真分析固支、简支、三点支撑、六点支撑对变形镜影响函数、重构性能等的影响。结果表明固支时各个致动器变形量最小，100V电压下外圈变形量为2.34μm。在重构低阶Zernik像差时，固支重构幅值最小，重构离焦项幅值为45μm，简支最大，重构幅值达到60μm，三点、六点支撑重构幅值介于固支、简支之间且相互间区别不大，在重构高阶像差时不同支撑方式的重构幅值区别较小。四种支撑方式重构像差的残余误差区别较小，归一化的重构误差随项数增加呈波浪式上升。
　　（3）提出了一种带边缘驱动的单压电变形镜，变形镜的边缘由数个压电堆栈执行器支撑。仿真分析了边缘驱动的校正性能，结果表明三、六点能动支撑能够有效重构倾斜像差，六点对像散等也有校正能力。接着制备了三点、六点能动支撑变形镜样机，搭建了基于波前传感器的测试系统测试了该类变形镜性能。结果表明：在0-100V电压下，三点、六点能动支撑变形镜均可重构大于12μm的倾斜像差，对应的归一化残余误差小于0.06，六点致动对像散和三叶草像差也具有较好的校正能力，边缘执行器有效提高了单压电变形镜性能。

目录

声明

1绪论

1.1 自适应光学

1.2天文望远镜中的变形镜

1.3本文的研究内容

2应用于天文望远镜的变形镜性能分析

2.1 大气层对成像影响

2.2 天文观测对变形镜性能的要求

2.3 本章小结

3支撑方式对变形镜性能影响仿真

3.1 单压电变形镜的支撑方式

3.2 有限元分析

3.3 变形镜校正性能

3.4 带边缘驱动变形镜仿真分析

3.5 本章小结：

4变形镜的制备与表征

4.1 变形镜制备

4.2 测试系统介绍

4.3 变形镜性能表征

4.4 本章小结

5总结和展望

5.1总结

5.2 工作展望

参考文献

在校期间研究成果

致谢