集成应变反馈层的横向压电驱动变形镜面形预测及闭环控制

作为校正光学像差的主要器件,横向压电驱动变形镜在自适应光学系统中应用十分广泛。哈特曼等波前传感器通过反射光得到镜面面形,然而并没有直接反映压电陶瓷的工作状态,并且这些波前探测器增加了系统的成本。以单层横向压电变形镜为对象,建立了压电陶瓷驱动器单电极的横向应变与镜面变形之间的映射关系。制备了集成应变层的单电极横向压电变形镜,进行静态面形预测实验。预测结果表明,添加应变反馈层能够预测单电极的影响函数,拟合误差在7.3%以内。模型的主要误差源是压电陶瓷的迟滞非线性,采用PID控制器对变形镜驱动陶瓷的应变输出进行了闭环控制,镜面位移迟滞率降低至1.74%。针对超连续谱光纤激光器像差进行了闭环校正分析,相比于开环和哈特曼的校正结果,校正精度提升至0.79,实现了横向压电变形镜无波前探测校正像差的一种新方式。

低阶像差校正的压电驱动变形镜测试与仿真优化

光纤激光器输出光束带有波前畸变,制约了光学系统的性能和工作效率。搭建实验系统分析了超连续谱光纤激光器系统输出光束的像差特性,不同波长的滤波片测试像差均以离焦为主。根据这一特点制备了3单元单层横向压电驱动变形镜样镜,并进行特性测试。变形镜影响函数有限元仿真和实测吻合度可达77%以上,一阶谐振频率12. 1 k Hz。以实际像差为对象进行闭环仿真,校正精度达到0. 77。另外,从校正精度及行程两个方面对变形镜进行了有限元优化仿真。结果 9单元变形镜(有效口径7. 5 mm)校正精度达到0. 9左右。镜片与压电片厚度比存在最优值约0. 3,行程可提升60%以上。