變形鏡作為一種波前校正器,是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的核心部件。本文設(shè)計(jì)的變形鏡是以空間應(yīng)用為背景,并結(jié)合變形鏡自身性能進(jìn)行研究。通過有限元仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行模態(tài)分析、靜力學(xué)分析、熱力學(xué)分析與模擬振動(dòng)分析,以此來確定變形鏡的各項(xiàng)參數(shù),確保設(shè)計(jì)的單壓電片變形鏡符合空間應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。本文的具體工作如下:（1）研究設(shè)計(jì)了擬應(yīng)用于空間成像領(lǐng)域的19單元單壓電片變形鏡,該變形鏡具有體積小,重量輕,變形量大、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn),可用于校正大氣擾動(dòng)帶來的波前像差。（2）針對(duì)空間硬件產(chǎn)品需要參考固有頻率來做防共振處理的問題,對(duì)單壓電片變形鏡進(jìn)行了模態(tài)分析與壓電仿真分析,最終確定變形鏡的支撐方式為固定支撐,Si鏡片厚度為0.5mm,PZT片厚度為0.2mm,膠層厚度為0.05mm。（3）針對(duì)空間溫度波動(dòng)會(huì)使材料發(fā)生熱變形的問題,對(duì)單壓電片變形鏡進(jìn)行了熱力耦合分析,采用鋁合金夾具時(shí)每升高1℃,鏡片的最大變形量為1.08μm,采用Si夾具時(shí)鏡片的最大變形量僅為前者的十分之一。因此選取Si材料做單壓電片變形鏡的支撐夾具,可以使鏡片受熱產(chǎn)生的變形量降到很低。（4）針對(duì)航天器發(fā)射升空帶來的沖擊振動(dòng)問題,對(duì)單壓電片變... 

【文章來源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自適應(yīng)光學(xué)原理圖

北華航天工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文3圖1.2變形鏡校正原理圖1.2.2變形鏡典型分類根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)形式，將變形鏡分為壓電變形鏡，靜電驅(qū)動(dòng)變形鏡和力驅(qū)動(dòng)變形鏡；根據(jù)反射鏡的結(jié)構(gòu)，將變形鏡分為連續(xù)鏡變形鏡和分段鏡變形鏡。目前，連續(xù)表面光學(xué)壓電可變形鏡在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用比較多，近幾年來薄膜變形鏡也得到了應(yīng)用，其他類型的變形鏡和MEMS器件等越來越多的被應(yīng)用在各大領(lǐng)域中。壓電變形鏡根據(jù)壓電陶瓷的逆向壓電效應(yīng)而變形，并根據(jù)壓電晶體在不同方向上的壓電系數(shù)分為兩種類型：壓電堆式變形鏡和雙/單壓電片變形鏡�，F(xiàn)有變形鏡的類型主要有以下幾種[4]。1.2.2.1壓電堆棧變形鏡在無外界應(yīng)力情況下，對(duì)于單個(gè)壓電片在極化方向的變形量見式（1.3）：Vdl33（1.3）式中33d為縱向壓電系數(shù)（對(duì)于壓電材料，通常為250-500pm/V），V是施加在正負(fù)電極上的電壓。幾百伏的電壓僅能引起0.1-0.2μm的變形量，負(fù)載電壓過高會(huì)導(dǎo)致壓電片去極化發(fā)生故障，顯然單層壓電陶瓷不能滿足變形鏡補(bǔ)償波前誤差所需的變形量要求。由公式1.3可以看出，壓電材料的變形量與厚度無關(guān)，因此可以選擇薄的壓電片，將多層壓電層重疊以獲得數(shù)倍于單層的變形量，如圖1.3所示，壓電材料的變形量見式（1.4）：Vndl33（1.4）式中n表示壓電層的層數(shù)，由公式1.4知，通過增加壓電層層數(shù)可提高變形量。圖1.3壓電堆棧致動(dòng)器原理圖

北華航天工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文3圖1.2變形鏡校正原理圖1.2.2變形鏡典型分類根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)形式，將變形鏡分為壓電變形鏡，靜電驅(qū)動(dòng)變形鏡和力驅(qū)動(dòng)變形鏡；根據(jù)反射鏡的結(jié)構(gòu)，將變形鏡分為連續(xù)鏡變形鏡和分段鏡變形鏡。目前，連續(xù)表面光學(xué)壓電可變形鏡在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用比較多，近幾年來薄膜變形鏡也得到了應(yīng)用，其他類型的變形鏡和MEMS器件等越來越多的被應(yīng)用在各大領(lǐng)域中。壓電變形鏡根據(jù)壓電陶瓷的逆向壓電效應(yīng)而變形，并根據(jù)壓電晶體在不同方向上的壓電系數(shù)分為兩種類型：壓電堆式變形鏡和雙/單壓電片變形鏡�，F(xiàn)有變形鏡的類型主要有以下幾種[4]。1.2.2.1壓電堆棧變形鏡在無外界應(yīng)力情況下，對(duì)于單個(gè)壓電片在極化方向的變形量見式（1.3）：Vdl33（1.3）式中33d為縱向壓電系數(shù)（對(duì)于壓電材料，通常為250-500pm/V），V是施加在正負(fù)電極上的電壓。幾百伏的電壓僅能引起0.1-0.2μm的變形量，負(fù)載電壓過高會(huì)導(dǎo)致壓電片去極化發(fā)生故障，顯然單層壓電陶瓷不能滿足變形鏡補(bǔ)償波前誤差所需的變形量要求。由公式1.3可以看出，壓電材料的變形量與厚度無關(guān)，因此可以選擇薄的壓電片，將多層壓電層重疊以獲得數(shù)倍于單層的變形量，如圖1.3所示，壓電材料的變形量見式（1.4）：Vndl33（1.4）式中n表示壓電層的層數(shù)，由公式1.4知，通過增加壓電層層數(shù)可提高變形量。圖1.3壓電堆棧致動(dòng)器原理圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]正電壓邊緣驅(qū)動(dòng)的雙壓電片變形鏡研制[J]. 彭泰然,李文來,婁軍強(qiáng),崔玉國,馬劍強(qiáng).  光子學(xué)報(bào). 2019(08)
[2]空間光學(xué)遙感器反射鏡組件中環(huán)氧膠的選用[J]. 周小華,邢輝,楊居奎.  航天返回與遙感. 2019(03)
[3]納米SiO2改性環(huán)氧粘接劑工藝試驗(yàn)研究[J]. 王玉龍,王碧瑤,孫慧,張偉.  電子工藝技術(shù). 2018(03)
[4]140單元MEMS變形鏡研制及測試分析[J]. 汪為民,王強(qiáng).  光電工程. 2018(03)
[5]雙壓電片鏡在同步輻射光源光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 金利民,羅紅心,王劼,王納秀,徐中民.  中國光學(xué). 2017(06)
[6]空間相機(jī)光學(xué)件用XM23膠的楊氏模量測定和選用[J]. 高超,羅世魁,陳芳,史姣紅.  航天返回與遙感. 2017(02)
[7]波前校正變形鏡的疲勞損傷特性[J]. 陳麗霞,胡小川,張彬,孫年春.  中國激光. 2016(11)
[8]橫向壓電效應(yīng)變形鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 吳偉彬,戴一帆,關(guān)朝亮,范占斌,鐘曜宇.  紅外與激光工程. 2016(08)
[9]帶邊緣驅(qū)動(dòng)的214單元單壓電變形鏡仿真與實(shí)驗(yàn)[J]. 陳凱,陳俊杰,毛宇昕,馬劍強(qiáng),褚家如.  光子學(xué)報(bào). 2016(08)
[10]變形鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)高功率激光相位特性的影響[J]. 彭家琪,胡小川,陳麗霞,張彬.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2015(05)

博士論文
[1]硅基多孔不變形鏡的研制[D]. 何崇文.華中科技大學(xué) 2015
[2]表面工藝靜電驅(qū)動(dòng)MEMS變形鏡關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 汪為民.電子科技大學(xué) 2015
[3]壓電變形鏡控制方法及應(yīng)用研究[D]. 劉瑩.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[4]壓電厚膜驅(qū)動(dòng)的變形鏡技術(shù)研究[D]. 馬劍強(qiáng).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3250723