自适应光学系统的MEMS微变形镜研究

自适应光学系统的MEMS微变形镜研究

一、自适应光学系统MEMS微变形镜的研究(论文文献综述)

徐奇[1](2020)在《基于97单元MEMS变形镜的自适应光学系统SPGD算法实现》文中进行了进一步梳理由于大气的湍流影响,光在大气传播过程中会出现不同程度的波前畸变,波前畸变会给天文观测带来极大的阻碍,使得天文目标的高清晰成像变得异常困难。自适应光学(Adaptive Optics,AO)技术能够有效的减少光波在大气传输过程中产生的波前畸变,从而改善光学系统的成像质量。变形镜是自适应光学系统最主要的波前校正元件,其性能的的好坏直接决定了系统的校正能力。近些年发展起来的微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)变形镜基于半导体制造工艺,具有体积小、能耗低、精度高、可批量生产等优点,是现阶段波前校正器中最具有研究价值的一种变形镜。本文以MEMS变形镜的波前校正能力为研究目标,首先建立了光波的大气湍流传输模型。以大气传输模型为基础,分别分析了97单元MEMS变形镜对单阶像差、组合像差的拟合能力。最后,用计算机模拟和搭建实验平台两种方法研究97单元MEMS变形镜的自适应光学闭环校正能力。计算机模拟时,以实际测量的变形镜影响函数为基础,分析了97单元MEMS变形镜对低阶Zernike单阶像差、组合像差的拟合效果及闭环校正能力。其中闭环校正时,采用的是无波前探测自适应光学控制算法(Stochastic Parallel Gradient Descent,SPGD)。结果表明该变形镜对zernike低阶像差能够完全拟合,对高阶像差也有一定的拟合能力,在SPGD控制算法下,对湍流强度较弱时的像差基本能完全校正,对湍流强度较大的像差也有一定的校正效果。实验中,搭建了无波前探测自适应光学系统平台,通过该平台利用SPGD控制算法对系统像差和D/r0=5、10、15、20五种情况下的校正收敛速度及衍射极限进行分析和对比。实验结果显示,各湍流强度下性能评价函数收敛时算法迭代次数分别60、70、95、220、50次,校正后光斑分别为1.7、2.4、2.9、3.9、4.7倍的衍射极限。该实验结果,验证了基于97单元MEMS变形镜的无波前探测自适应光学系统对系统像差以及不同湍流强度下的像差都具有一定的校正能力。综上所述,本文从不同方面研究了97单元MEMS变形镜的波前校正能力。本文的仿真及实验结果可以为自适应光学领域的科研人员应用97单元MEMS变形镜提供理论依据与数据参考。文中给出的不同湍流强度下SPGD控制算法的最优参数具体调节过程及相应校正结果分析,也为AO工作者应用该算法时提供了理论基础及数据参考。

邵健[2](2018)在《基于AlN的MEMS变形镜研究》文中研究说明变形镜作为波前矫正器在自适应光学系统中被大量运用,现已广泛渗透到天文学、视网膜成像、光束整形等领域当中。为获得低成本、制备工艺简单环保、像差矫正优良的变形镜,本文提出了一种全新的基于氮化铝(AlN)材料的压电连续面型MEMS变形镜设计,相较与静电驱动变形镜,其具有线性控制、大形变量的优势,而同传统基于PZT、PMN材料的压电变形镜相比,该变形镜表现出与CMOS工艺相兼容、制备工艺简单且环保的特点。本文采用理论分析和有限元仿真对AlN MEMS变形镜的AlN/Si结构参数进行优化,得出当AlN与Si的厚度之比为0.45时,在相同电场强度下,可以获得最大的变形镜形变量。同时从简化制备工艺的角度出发,提出采用湿法腐蚀方形硅膜同光刻SU8支撑框架相结合的技术方案来实现圆形硅膜镜面,并通过仿真验证了其有效性。另外着重研究该变形镜的像差矫正能力,结果显示该变形镜可以较为完备地拟合前14项Zernike像差。最后对变形镜的制备工艺进行了初步讨论。此外,本文首次提出基于AlN的分立式压电微镜模型,从理论分析和有限元仿真两方面揭示了该微镜的不同运动模式与控制信号之间均具有良好的线性关系。在静态时具体线性关系表现为:平动线性为5.40nm/V,倾斜线性为0.009°/V。在此基础上,采用基于SOI的MEMS工艺成功制备出AlN微镜原型器件,并通过实验验证了该微镜在静态和动态驱动情况下,其各运动模式与控制信号均呈现较好的线性关系,具体线性关系表现为:在静态时,平动线性为3.10nm/V,倾斜线性为0.005°/V;在动态时,平动(谐振频率22.13kHz)线性为200.78nm/V,倾斜(谐振频率63.25kHz)线性为0.200°/V。

陈俊杰[3](2017)在《基于天文应用的大口径压电变形镜技术研究》文中认为自适应光学技术能够对大气波前畸变进行实时测量和实时校正,使天文望远镜克服诸如大气湍流等动态扰动产生的波前像差对天文观测的影响,获得接近系统衍射极限的分辨率。变形镜是自适应光学系统中最常见的一种波前校正器,其性能直接影响自适应光学系统的校正能力。下一代天文望远镜的主镜口径超过30米,随着主镜口径的增大,对变形镜校正能力的需求也急剧增大。当前10米级望远镜及下一代30米级望远镜要求变形镜拥有数千单元的致动器(随望远镜口径变化)和数百赫兹的工作带宽(随观测波长变化)。基于压电驱动的变形镜具有大变形量、低驱动电压、低成本、轻量化等优点。但是传统压电片变形镜的工作带宽和口径成反比,难以同时具备大口径(高致动器数目)和高带宽性能,限制了它在现代天文观测领域的应用。本论文从天文观测应用中大气湍流波像差实时校正对变形镜的性能需求出发,研究满足天文望远镜自适应校正需求的大口径、高带宽、高空间频率的压电变形镜。本论文具体研究内容如下:(1)大气湍流对望远镜成像的影响分析与大气湍流导致的波像差仿真生成。理论分析了大气湍流波像差对天文光学成像的影响,通过对湍流像差的理论分析得出天文应用对变形镜单元数、冲程和工作带宽的需求,用于指导变形镜设计。研究大气湍流导致的波像差的生成方法,基于甚大望远镜(VLT)的平均大气环境参数,通过仿真的方法成功生成了随机大气湍流波像差。随机生成的大气湍流波像差可以用于验证变形镜对天文观测中大气湍流波像差的校正性能。(2)大口径高带宽组合式压电变形镜研究。从10米级口径望远镜中大气湍流波像差校正对变形镜的需求出发,提出传统大口径压电片变形镜的工作带宽不足的问题。针对该问题,本论文提出了一种新型的组合式压电变形镜,通过采用单压电层和驱动阵列层组合驱动的方式实现了大口径压电变形镜的高带宽性能。研究了制备组合式变形镜的关键工艺和技术,并成功制备了变形镜样机。变形镜样机的有效口径为80mm,一阶谐振频率约为950Hz。其初始面型PV值小于10μm,自矫平后的镜面面型RMS值小于15nm。校正仿真生成的随机大气湍流波像差后的残余像差RMS值约为38.6nm (<λ/50,观测波长λ=2.2μm),表明组合式变形镜能够很好地校正10米级口径望远镜中存在的大气湍流波像差。(3)变形镜性能表征方法研究。设计了基于Shack-Hartman波前传感器的大口径变形镜测试系统,通过仿真优化了光路配置以减小系统像差,并完成了测试系统的构建和调试。该测试系统可以测试80mm以下口径变形镜的基本性能,包括变形量、影响函数、交联值、Zernike像差重构能力、闭环校正能力等。(4)激光内腔自适应光学校正研究。针对高功率Nd:YAG固体激光器中由于热透镜效应的影响导致输出功率大幅下降,以及在内腔自适应光学系统中引进了望远镜系统增加光路复杂性、降低激光器输出功率的问题,设计并搭建了一种无扩束单元的激光内腔自适应校正系统。该系统能够实时校正热效应的影响,使Nd:YAG激光器在不同的泵浦功率下都达到最大功率输出。校正前后固体激光器的输出功率最大提升率为43.6%。此外,内腔自适应光学系统还使Nd:YAG激光器的最大输出功率得到约8%的提升。基于以上研究内容,本论文的创新之处在于提出了一种大口径高带宽的组合式压电变形镜,并制备了变形镜样机,完成了样机的的性能表征。该组合式变形镜克服了压电片变形镜的工作带宽随变形镜口径增大而降低的矛盾,同时具有大口径、高带宽和高空间频率的优点。该组合式变形镜具有可扩展性,可以在保持高带宽条件下根据需求扩展变形镜口径(单元数),使压电变形镜能够适应更大口径天文望远镜的应用需求。

尤俊成[4](2017)在《宽温度范围对变形镜工作性能的影响研究》文中研究说明由于传统自适应光学系统都是安装在望远镜下面的库德房内,所以来自星体的光线要经过一系列的反射镜才能入射到库德房内,这样就会增加系统的复杂性并且使得接受到的光线变暗。用自适应光学系统代替部分反射镜,可以减小系统的复杂性,提高成像光斑的亮度。这时,自适应光学系统的性能会受到环境温度的影响,特别是变形镜的像差校正能力。由于望远镜一般在晚上工作,所以自适应光学系统的工作温度随四季环境变化较大,其最低温度为-10℃,最高温度为20℃。自适应光学系统的光学仪器一般是在室温环境下工作的,所以低温环境下的性能有待研究,特别是作为自适应光学系统核心器件的变形镜。低温变形镜的研究势在必行。简单介绍了自适应光学、低温自适应光学系统和变形镜,分析了目前国内外低温变形镜的研究现状,发现影响低温变形镜性能的两个主要因素是低温初始镜面变形和驱动器的低温性能。另外,分析了各个结构低温变形镜的特点,最终选择分立式连续表面变形镜最为研究对象。从理论上分析了分立式连续表面变形镜低温镜面的主要原因:镜面变形是由变形镜驱动器和底座热膨胀系数不匹配引起的变形镜底座弯曲导致的。采用有限元法提取了61单元ULE变形镜的底座变形和镜面变形,验证了理论分析的正确性。在此基础上,提出了一种解决方案——改进变形镜的结构。从理论上解释了改进结构变形镜的工作原理,并通过有限元法计算了61单元改进结构ULE变形镜的底座变形和镜面变形,发现改进结构变形镜的底座变形和镜面变形都得到了有效地削弱。分析了驱动器排布和镜面材料参数对两种结构变形镜低温镜面变形的影响,发现改进结构的变形镜基本不受这些因素影响。计算了ULE变形镜、K4变形镜、改进ULE变形镜和改进K4变形镜的低温镜面变形,为下一步的实验提供了理论依据。由于影响低温变形镜性能的两个因素是低温初始镜面变形和驱动器的低温性能,所以先测量了驱动器的低温性能。实验结果表明压电陶瓷驱动器在20℃至-60℃之间最大变形量基本不变。说明压电陶瓷驱动器在20℃至-60℃之间是可以正常使用的。测量了四个样镜(ULE变形镜、K4变形镜、改进ULE变形镜和改进K4变形镜)在20℃至-20℃之间的镜面面形,实验结果表明两种结构变形镜的低温镜面变形都随着温度的降低而增大;相同温度下,K4变形镜的镜面变形小于ULE变形镜;改进结构的变形镜能够有效地减小变形镜的低温镜面变形,验证了理论研究的正确性。仿真分析并测试了实际使用的两个913单元变形镜(K4变形镜和ULE变形镜)的全口径和中心区域Φ150mm口径内的低温镜面变形。仿真分析与实验结果基本一致,都表明:K4变形镜的低温镜面变形小于ULE变形镜;低温时,二者的镜面变形反向相反。其中,K4变形镜的低温镜面变形较小,不影响变形镜的像差校正能力,满足了自适应光学系统的实际使用要求。

周虹[5](2013)在《双压电片变形反射镜研制与应用研究》文中认为自适应光学系统能够实时测量并补偿各种干扰引起的光学系统的波前畸变,使光学系统具有自动适应外界条件变化从而保持最佳工作状态的能力。基于这样的优点,自适应光学一直以来被广泛应用于天文观测和激光传输等领域,获得了极大的认同。而本世纪初随着其它领域对自适应光学的逐渐增长的兴趣,其应用范围开始扩展,包括人眼视网膜成像系统、激光通信系统等。但是整个自适应光学系统中最核心的器件——波前校正器特别是变形反射镜——由于技术复杂、造价昂贵几乎成为限制自适应光学系统应用范围的主要因素。于是各种低成本的替代技术的成为自适应光学发展的新热点,双压电片变形反射镜正是其中之一。开展双压电片变形镜的相关研究工作对促进我国自适应光学技术的发展有着重要的意义。本论文的研究工作主要包括:在理论分析的指导下,利用有限元方法设计了单层压电材料,镜面圆周紧支撑的双压电片变形镜结构;制定合理的工艺流程制作了20单元的双压电片变形镜样镜并对其进行了详细的性能测试和分析,结果验证了工艺的可行性和分析模型的有效性;研制了两个分别为9单元和35单元的双压电片变形反射镜用于人眼视网膜自适应光学成像系统,分析表明其对前20项Zernike像差的校正效果优于传统的37单元分立式变形反射镜,并且用该系统获得了对视网膜血管和视细胞的清晰成像结果;还利用9单元双压电片变形反射镜开展了用于工业激光加工的低成本自适应光学系统试验,结果表明这套自适应光学系统能够有效改善激光加工设备中飞行光路引入的焦点变化问题并对最终的激光聚焦强度有改善作用。本文的主要创新点是:1、制订了合理的研制工艺路线,研制出了能够投入实际使用的双压电片变形镜,为开拓我国的自适应光学的民用市场奠定了基础。2、采用有限元法和实验测量相结合的方式对双压电片变形镜展开研究,建立了合理的有限元模型,为实际双压电片变形镜的设计优化提供可靠依据和有效手段;验证了双压电片变形镜适合校正低阶像差的特性。3、证明了双压电片变形镜用于人眼视网膜自适应光学成像系统的适应性和优越性,并使之成为设备小型化并得到性能提升的核心器件;首次为工业激光加工系统设计了低成本的自适应光学系统和校正方案,初步证明了其有效性,为进一步的双压电片变形镜投入实际系统使用奠定了基础。

马剑强[6](2012)在《压电厚膜驱动的变形镜技术研究》文中提出自适应光学技术对波前畸变进行实时测量并校正,能够补偿诸如大气湍流等动态扰动的影响,获得接近系统衍射极限的分辨率。随着自适应光学技术的发展,已经在天文望远镜、视网膜成像、激光光束整形、光通信等领域得到应用。变形镜作为一种波前校正器,是自适应光学系统的核心部件。其中,基于压电驱动的变形镜以其大变形量、高带宽等优点受到研究者的青睐。本论文以PZT厚膜作为驱动材料,以研究低成本、低驱动电压、大变形量变形镜为目标,对压电厚膜MEMS变形镜和双驱动模式单压电片变形镜这两种变形镜进行研究。(1)压电厚膜MEMS变形镜研究。首先采用影响函数矩阵法研究变形镜参数对波前校正能力的影响,完善基于薄板理论和压电方程的电-机械耦合模型预测变形镜的变形行为。在此基础之上,对变形镜的结构参数如排列方式、致动器数目、影响函数、致动器尺寸、PZT/Si层厚度、镜面厚度等进行优化设计。研究压电厚膜MEMS变形镜的制作流程及关键工艺,采用研磨抛光技术实现高平整度硅基PZT的制备,成功研制满足波前校正要求的61单元变形镜样机。最后对变形镜样机进行测试,结果显示:100V工作电压获得约5μm的致动器变形量,一阶谐振频率为18kHz,16mm口径内PV幅值约为21μm,采用19单元和37单元对Zernike多项式像差进行重构,实验结果证明其具有较强的校正能力并适用于高阶像差的校正。(2)双驱动模式单压电片变形镜研究。该变形镜由两种类型致动器驱动:中心的致动器阵列用于校正波前像差,环形致动器用于产生整体偏置,只用正向驱动电压实现了双向波前校正能力。论文对其进行建模、优化、制备及测试。结果显示该变形镜的致动器变形量约为5μm@100V,最大离焦幅值为~15pm,初始镜面校平后优于λ/20RMS能够精确重构前5阶Zernike多项式面形,显示其优异的波前校正能力。该变形镜具有低成本、低驱动电压、大变形量等优势,具有在自适应光学中应用的潜力。(3)变形镜控制方法研究。研究基于波前反馈的控制方法,包括影响函数矩阵法和基于最速下降的闭环控制方法。通过影响函数方法实现变形镜初始镜面的校平,并重构Zernike多项式像差表征变形镜的波前校正性能。研究变形镜在光斑整形中的应用并搭建相应的实验装置。采用点扩散函数研究波前像差对光斑质量的影响。研究基于搜索算法(如模拟退火算法)的闭环反馈控制算法。经过变形镜对光束的校正,系统获得了按近衍射极限的聚焦光斑,为下一步应用奠定基础。基于以上研究,本论文在以下几个方面具有创新之处:(1)成功制备了满足波前校正要求的压电MEMS变形镜这一新类型变形镜,并对其校正性能进行表征;(2)提出了一种新型的双驱动模式单压电片变形镜,以正向驱动电压实现了双向波前校正能力;(3)搭建了基于泰曼-格林干涉仪的变形镜实验平台,可进行基于波前反馈和基于搜索算法的控制算法的实验研究。

孙全[7](2011)在《基于PolyMUMPs技术的微机电变形镜的研究》文中研究说明自适应光学技术在天文观测、强激光、光束合成、激光通讯和医学检测等领域有着广泛的应用前景。变形镜作为自适应光学系统的核心部件,其微型化是自适应光学系统微型化和集成化的关键。本文系统的分析了各种微小型变形镜的特点和制造技术,并对双压电片变形镜和薄膜变形镜的性能进行了仿真。相比其他变形镜,采用微机电技术加工的变形镜具有体积小、能耗低、成本低、响应快以及可与微电路集成等特点,已成为变形镜技术研究的重要方向。针对微机电变形镜的加工,系统地介绍了常用的加工手段和所使用的各种材料特性,并分析了两种常用的标准化表面微加工技术的特点,考虑成本和研究周期等因素,本文选择Poly Multi User MEMS Processes (PolyMUMPs)技术作为微变形镜的加工工艺。本文以设计大冲程的微反射镜为主要研究目标,以标准化工艺PolyMUMPs的技术特点和设计规则为基础。根据变形镜的设计要求,分析了刻蚀孔、表面粗糙度、透印效应以及材料残余的应力对于反射镜面性能的影响,基于平行板驱动器模型分析了PolyMUMPs工艺对提高冲程的局限性,首次提出了两种可以实现大冲程驱动器结构,同时在工艺允许的范围内尽量满足降低控制电压和提高镜面光学质量的要求,对分立镜面的微机电变形镜的驱动方式、镜体结构设计方法、静电驱动器及微镜的建模仿真和微镜性能测试等方面进行了系统的研究。设计了两种大冲程的微反射镜结构——悬臂梁式微镜和杠杆式微镜。针对悬臂梁式微镜,通过有限元方法分析材料的残余应力对于镜体和悬臂梁的影响,提出了镜体镜体和悬臂梁的最优化设计参数,并利用解析方法求出悬臂梁的提升高度与有限元方法得到的结果进行了对比,同时对微镜的各项性能参数进行了仿真;针对杠杆式微镜,为了减小残余应力引起的镜面形变设计了边缘加固的镜体,采用版图平整化方法设计了特殊形状的杠杆驱动器,通过有限元模拟不同结构参数对杠杆提升高度和拉入电压的影响,得到了杠杆各部分的最优化设计参数。设计了一种多通道高压控制电路,并对电路的放大效果进行了测试。利用Polytec微系统分析仪、Wyko光学轮廓仪和伏安测量仪等仪器对加工得到的两种微镜进行了测试,得到的各种性能参数均与仿真结果比较接近,说明了采用PolyMUMPs工艺能够实现大冲程驱动器的设计,而工艺对镜面质量和填充率的限制,可以结合其他工艺来改善,为未来设计和开发高性能微机电变形镜提出了有益的建议。

刘勇,许晓慧,李保庆,张晋弘,褚家如[8](2010)在《MEMS微变形镜单元间耦合的优化控制研究》文中进行了进一步梳理通过计算MEMS微变形镜校正畸变波面后的残余误差,研究不同单元间耦合情况对变形镜校正效果的影响.针对连续镜面MEMS微变形镜单个致动器单元工作时,相邻及以外的单元都会有一个变形量,用耦合系数来表征单元工作时对相邻单元变形量的影响程度.以单元间距为3mm的10×10单元阵列MEMS微变形镜为例,研究了变形镜校正不同畸变波面时,最佳耦合系数与波面畸变因素对应关系.当校正对象为前20阶Zernike多项式波面,此变形镜的最佳耦合系数为10%.分析了单元间距分别为2,2.5,3,3.5,4mm时,10×10单元阵列MEMS微变形镜校正效果的变化情况;不同单元间距对应的最佳耦合系数分别为12%,11%,10%,9%,8%.

乔瑞杰,陈名松[9](2010)在《自适应光学中变形镜的研究》文中研究表明大气对激光束的湍流效应是制约激光通信技术发展的一个主要因素,研究发现自适应光学技术可以有效的缓解激光束在大气中传输受到的影响。自适应光学系统由探测器、控制器和校正器3部分组成。首先由探测单元和控制单元确定控制信号,然后通过控制器改变变形镜的镜面,以达到校正波前的目的。变形镜是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件,其特性将直接影响系统对波前光束的改善结果。通过对变形镜的工作原理、分类、技术要求和性能指标的研究,该系统补偿效果达到90%。

谭佐军,陈海清,康竟然,张坤[10](2009)在《用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的MEMS微变形镜设计》文中研究表明以MEMS微变形镜驱动方式的选取为出发点,从光学特性和力学特性两方面对MEMS微变形镜进行分析,从中得出相关结构参数对微变形镜性能的影响关系,并在此基础上结合补偿激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变的使用要求设计了一种新型MEMS连续面型微变形镜,并采用设计的MEMS变形镜搭建了一个闭环自适应光学实验系统,补偿了激光光束的热畸变。实验结果显示该MEMS连续面型微变形镜可对腔内畸变进行有效补偿,同时提高了激光器的输出功率及光束质量。

二、自适应光学系统MEMS微变形镜的研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、自适应光学系统MEMS微变形镜的研究(论文提纲范文)

(1)基于97单元MEMS变形镜的自适应光学系统SPGD算法实现(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 自适应光学系统原理
    1.2 自适应光学系统的发展及应用
    1.3 变形镜种类及应用
    1.4 课题研究背景及研究意义
    1.5 论文内容及安排
2 97单元MEMS变形镜波前像差拟合能力分析
    2.1 97单元MEMS变形镜建模
    2.2 Zernike多项式模拟波前像差
    2.3 变形镜对Zernike多项式单阶像差的拟合能力分析
    2.4 变形镜对Zernike多项式组合像差的拟合能力分析
    2.5 97单元MEMS变形镜在闭环系统中的校正能力分析
    2.6 97单元MEMS变形镜拟合能力总结
3 无波前探测AO系统以及实验平台搭建
    3.1 无波前探测AO系统结构及流程图
    3.2 无波前探测AO系统光路设计及光学器件的选择
    3.3 光路调节标准及步骤
    3.4 变形镜实际影响函数测量
4 AO系统实验平台像差校正结果及分析
    4.1 内部静态像差校正结果及分析
    4.2 系统施加不同像差时实验结果分析
    4.3 加不同湍流强度像差时校正效果分析
    4.4 湍流强度D/r0=5时算法最优参数
    4.5 小结
5 总结与展望
    5.1 论文的主要内容和结论
    5.2 论文的创新工作
    5.3 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(2)基于AlN的MEMS变形镜研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 自适应光学概述
    1.1 自适应光学及其应用
    1.2 MEMS变形镜与自适应光学
    1.3 本章小结
2 变形镜工作原理
    2.1 变形镜的结构
    2.2 变形镜的驱动方式
    2.3 压电变形镜理论模型
    2.4 本章小结
    2.5 本文研究目的及意义
    2.6 本文主要研究内容
3 基于AlN的连续面型MEMS变形镜设计与仿真
    3.1 有限元分析法和COMSOL软件
    3.2 硅基氮化铝MEMS变形镜结构设计
    3.3 仿真优化AlN/Si厚度比
    3.4 理论优化AlN/Si厚度比
    3.5 驱动性能仿真
    3.6 变形镜像差矫正性能研究
    3.7 变形镜制备工艺
    3.8 本章小结
4 基于AlN的分立式MEMS微镜
    4.1 微镜的应用
    4.2 基于AlN的分立式MEMS微镜结构设计
    4.3 AlN MEMS微镜性能仿真
    4.4 AlN MEMS微镜的制备
    4.5 微镜性能表征
    4.6 本章小结
5 总结
    5.1 本文主要工作
    5.2 本文主要创新点
    5.3 展望
致谢
参考文献
附录 :攻读硕士学位期间所取得的成果

(3)基于天文应用的大口径压电变形镜技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 自适应光学
        1.1.1 自适应光学
        1.1.2 自适应光学发展历程
    1.2 自适应光学应用
        1.2.1 天文与自适应光学
        1.2.2 天文自适应光学系统
        1.2.3 天文自适应光学系统发展现状
        1.2.4 其他自适应光学应用
    1.3 变形镜
        1.3.1 变形镜工作原理与分类
        1.3.2 变形镜性能比较
        1.3.3 国内变形镜技术发展现状
    1.4 研究目的和意义
    1.5 本论文内容及结构
第2章 天文应用变形镜性能需求分析
    2.1 大气湍流
        2.1.1 大气对光传播的干扰
        2.1.2 湍流
        2.1.3 光学天文选址
    2.2 衍射极限成像和像差成像
        2.2.1 衍射极限成像
        2.2.2 大气湍流像差成像
        2.2.3 像差成像波前影响分析
    2.3 波像差模式分解
        2.3.1 波像差分解
        2.3.2 Zernike多项式
        2.3.3 Karhunen-Love函数
        2.3.4 区域校正
    2.4 随机大气湍流波像差的生成与校正
        2.4.1 随机大气湍流波像差的生成方法
        2.4.2 大气湍流波像差生成结果
    2.5 变形镜性能需求分析
        2.5.1 变形镜单元数需求分析
        2.5.2 变形镜冲程需求分析
        2.5.3 变形镜工作带宽需求分析
    2.6 本章总结
第3章 大口径高带宽组合式压电变形镜设计
    3.1 大口径双驱动模式单压电变形镜
        3.1.1 双驱动模式变形镜
        3.1.2 双驱动模式变形镜性能
        3.1.3 双驱动模式变形镜湍流波像差校正
        3.1.4 传统压电变形镜局限性分析
    3.2 组合式压电变形镜
        3.2.1 组合式变形镜
        3.2.2 有限元分析模型
    3.3 单压电变形镜层设计
        3.3.1 阵列支撑点配置设计
        3.3.2 单压电变形镜层结构参数设计
        3.3.3 单压电变形镜层性能仿真
    3.4 驱动阵列层设计
        3.4.1 驱动方式选择
        3.4.2 镜面支撑连接方式
        3.4.3 球形头铰链连接设计
        3.4.4 变形镜微调结构设计
    3.5 组合式变形镜设计总结
    3.6 本章小结
第4章 大口径高带宽组合式压电变形镜制备
    4.1 制作组合式变形镜的关键工艺与技术研究
        4.1.1 镜面面型微调技术
        4.1.2 镜面应力控制技术
        4.1.3 PZT陶瓷片拼接技术
    4.2 组合式压电变形镜制备
        4.2.1 制备工艺流程
        4.2.2 组合式变形镜样机
    4.3 本章小结
第5章 大口径高带宽组合式压电变形镜性能表征
    5.1 变形镜镜面性能表征方法
        5.1.1 主要性能参数
        5.1.2 镜面性能测试方法
        5.1.3 波前测量法
    5.2 大口径变形镜测试系统
        5.2.1 变形镜测试系统原理
        5.2.2 光束口径耦合系统优化
        5.2.3 大口径变形镜测试系统搭建
        5.2.4 大口径变形镜测试系统总结
    5.3 组合式压电变形镜性能表征
        5.3.1 镜面质量表征
        5.3.2 变形量表征
        5.3.3 工作带宽表征
    5.4 组合式压电变形镜校正性能表征
        5.4.1 自校正性能表征
        5.4.2 Zernike像差重构
        5.4.3 大气湍流波像差重构
    5.5 与国内外变形镜性能比较
    5.6 本章小结
第6章 单压电片变形镜应用研究
    6.1 AO动态像差校正
        6.1.1 61单元压电片变形镜
        6.1.2 动态像差物理生成
        6.1.3 动态像差校正系统
    6.2 激光内腔自适应校正
        6.2.1 激光热透镜效应
        6.2.2 激光内腔校正系统
        6.2.3 热透镜效应影响分析
        6.2.4 激光内腔校正
    6.3 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
        7.1.1 本论文主要工作
        7.1.2 本论文主要创新点
    7.2 展望
        7.2.1 大口径高带宽组合式压电变形镜
        7.2.2 变形镜测试方法与应用
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢

(4)宽温度范围对变形镜工作性能的影响研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 自适应光学简介
        1.1.1 自适应光学的起源
        1.1.2 自适应光学系统的发展
        1.1.3 自适应光学的工作原理与组成
    1.2 低温自适应光学系统概述
    1.3 本文研究背景及内容
第二章 低温变形镜的研究现状
    2.1 变形镜简介
    2.2 薄膜变形镜
        2.2.1 薄膜变形镜工作原理
        2.2.2 薄膜变形镜的低温性能测试
        2.2.3 低温薄膜变形镜评价
    2.3 双压电片变形镜
        2.3.1 双压电片变形镜工作原理
        2.3.2 unimorph变形镜低温性能测试
        2.3.3 低温双压电片变形镜评价
    2.4 MEMS变形镜
        2.4.1 MEMS变形镜工作原理
        2.4.2 MEMS变形镜低温性能测试
        2.4.3 低温MEMS变形镜评价
    2.5 分立式连续表面变形镜
        2.5.1 分立式连续表面变形镜工作原理
        2.5.2 分立式连续表面变形镜低温性能测试
        2.5.3 分立式连续表面变形镜评价
    2.6 本章小结
第三章 变形镜的低温变形分析
    3.1 低温变形起因理论分析
        3.1.1 弹性力学基本假设
        3.1.2 中厚板理论——Reissner理论
        3.1.3 变形镜的低温变形分析
    3.2 变形镜低温镜面变形仿真
        3.2.1 有限元法
        3.2.2 61单元变形镜
        3.2.3 仿真模型
        3.2.4 仿真分析
    3.3 驱动器排布对低温变形的影响
        3.3.1 驱动器数量和间距的影响
        3.3.2 驱动器排布方式的影响
    3.4 镜面材料对低温变形的影响
    3.5 本章小结
第四章 低温变形镜的结构改进方案
    4.1 改进结构及其工作原理
        4.1.1 圣维南原理
        4.1.2 改进结构
        4.1.3 工作原理
    4.2 改进结构变形镜的参数优化
    4.3 改进结构低温变形仿真
        4.3.1 改进结构低温变形分析
        4.3.2 驱动器排布的影响
        4.3.3 镜面材料的影响
    4.4 本章小结
第五章 压电陶瓷驱动器低温性能测试
    5.1 压电陶瓷驱动器工作原理
        5.1.1 压电效应与逆压电效应
        5.1.2 层叠式压电陶瓷驱动器
    5.2 测试方案设计与装置建立
    5.3 测试结果分析
    5.4 本章小结
第六章 低温变形镜样镜测试
    6.1 低温测试平台
        6.1.1 变形镜低温测试要求
        6.1.2 低温箱简介
        6.1.3 动态干涉仪原理
        6.1.4 标准镜的安装方案
    6.2 低温面形测试结果及分析
        6.2.1 传统变形镜的低温面形测试
        6.2.2 改进变形镜的低温面形测试
    6.3 仿真结果与实验结果对比
    6.4 本章小结
第七章 913单元变形镜的性能测试
    7.1 913 单元变形镜介绍
    7.2 913 单元变形镜的低温变形仿真
        7.2.1 913 单元变形镜有限元模型
        7.2.2 低温变形的仿真结果与分析
    7.3 低温镜面变形测试
        7.3.1 测试过程简介
        7.3.2 实验结果
    7.4 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 本文的主要研究内容和结论
    8.2 本文的主要创新点
    8.3 未来工作展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果

(5)双压电片变形反射镜研制与应用研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 自适应光学
    1.1 自适应光学的起源
    1.2 自适应光学的发展
    1.3 自适应光学的相关概念
        1.3.1 光学波前及其表达方式
        1.3.2 光学望远镜的分辨率
        1.3.3 大气湍流及其影响
    1.4 自适应光学系统的工作原理
        1.4.1 波前传感器
        1.4.2 波前控制器
        1.4.3 波前校正器
    1.5 应用中的自适应光学系统
        1.5.1 成像观测用自适应光学系统
        1.5.2 用于激光装置的自适应光学系统
        1.5.3 大气光通信自适应光学系统
        1.5.4 视网膜自适应光学成像系统
    1.6 我国的自适应光学系统发展状况
第2章 变形反射镜
    2.1 变形镜的早期发展
    2.2 传统变形镜
    2.3 传统变形镜的驱动技术
        2.3.1 压电材料驱动器
        2.3.2 电致伸缩材料驱动器
        2.3.3 磁致伸缩材料驱动器
        2.3.4 传统分立式变形镜的弊端
    2.4 静电驱动的薄膜变形镜
    2.5 双压电片变形镜
    2.6 音圈电机的变形镜
    2.7 基于 MEMS 技术的微变形镜
    2.8 其它
    2.9 变形镜的主要研制单位
    2.10 国内变形镜发展概况
    2.11 本文的研究内容
第3章 双压电片变形反射镜的设计与研制
    3.1 双压电片变形镜的分析
        3.1.1 近似公式
        3.1.2 泊松方程的解析解
        3.1.3 有限元法
    3.2 样镜设计
        3.2.1 基本条件
        3.2.2 仿真计算及结构参数设定
    3.3 样镜研制
        3.3.1 材料制备
        3.3.2 粘接和引线
        3.3.3 时效处理和抛光
        3.3.4 反射膜镀制
        3.3.5 组装
    3.4 本章小结
第4章 样镜的测试与分析
    4.1 初始面形及影响函数的测量
    4.2 迟滞非线性
    4.3 线性叠加特性
    4.4 频率响应特性
    4.5 对各阶 Zernike 像差的拟合能力
    4.6 本章小结
第5章 双压电片变形镜用于人眼视网膜成像系统
    5.1 系统需求
    5.2 双压电片变形镜的研制
    5.3 人眼视网膜自适应光学系统工作原理
    5.4 双压电片变形镜的性能测试
        5.4.1 原始面形
        5.4.2 影响函数
        5.4.3 响应频率
        5.4.4 非线性
        5.4.5 初始面形的自校正
        5.4.6 泽尼克像差拟合
    5.5 系统实验
    5.6 Bimorph35 与 SAM37 的特性分析
        5.6.1 影响函数间的相关性
        5.6.2 对倾斜的校正
    5.7 本章小结
第6章 用于工业激光加工的双压电片变形镜
    6.1 工业激光的光束质量
    6.2 工业激光加工中的飞行光路
    6.3 方案设计
    6.4 SPGD 控制算法
    6.5 实验结果
    6.6 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 本文的研究内容和主要结论
    7.2 研究的意义和本文的主要创新点
    7.3 后续工作展望
参考文献
附录
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果

(6)压电厚膜驱动的变形镜技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 自适应光学
        1.1.1 自适应光学原理
        1.1.2 自适应光学发展历程
        1.1.3 自适应光学应用
    1.2 变形镜
        1.2.1 变形镜结构形式
        1.2.2 变形镜主要性能指标
        1.2.3 典型变形镜结构分析
        1.2.4 变形镜性能比较
        1.2.5 国内变形镜技术发展现状
    1.3 研究目的和意义
    1.4 本论文内容及结构
第2章 压电厚膜MEMS变形镜设计
    2.1 变形镜校正性能优化
        2.1.1 压电厚膜MEMS变形镜
        2.1.2 Zernike多项式
        2.1.3 影响函数矩阵法重构面形
        2.1.4 变形镜波前校正性能优化
    2.2 变形镜结构参数优化
        2.2.1 压电MEMS变形镜数值模型
        2.2.2 致动器变形的解析与有限元比较
        2.2.3 变形镜结构参数优化
    2.3 变形镜设计总结
    2.4 复合式致动器研究
        2.4.1 复合式致动器工作原理
        2.4.2 致动器应力分析
        2.4.3 仿真及实验比较
    2.5 本章小结
第3章 压电厚膜MEMS变形镜制备与表征
    3.1 压电厚膜MEMS变形镜制备
        3.1.1 制备工艺流程
        3.1.2 关键工艺研究
        3.1.3 变形镜样机
    3.2 变形镜驱动电路制备
        3.2.1 驱动电路方案设计
        3.2.2 96通道驱动电源性能测试
    3.3 变形镜性能表征方法研究
        3.3.1 变形镜性能表征方法
        3.3.2 四步移相法重构镜面形貌原理
        3.3.3 镜面形貌测量实验
    3.4 变形镜性能表征
        3.4.1 致动器性能测试
        3.4.2 镜面性能测试
    3.5 本章小结
第4章 控制算法及校正性能研究
    4.1 基于波前探测的控制方法
        4.1.1 影响函数矩阵法
        4.1.2 基于最速下降法的波前反馈闭环控制算法
    4.2 变形镜校正性能分析
        4.2.1 初始而形校正
        4.2.2 Zernike多项式像差重构
    4.3 光束整形研究
        4.3.1 有像差系统的光学点扩散函数
        4.3.2 变形镜光束整形能力仿真
    4.4 基于搜索算法的控制方法
        4.4.1 模拟退火算法
        4.4.2 模拟退火算法校正仿真
    4.5 光斑整形实验研究
        4.5.1 光斑整形实验系统
        4.5.2 实验结果及分析
    4.6 本章小结
第5章 双驱动模式单压电片变形镜
    5.1 双驱动模式单压电片变形镜
        5.1.1 单压电片变形镜
        5.1.2 单压电片变形镜设计
        5.1.3 双驱动模式单压电片变形镜
        5.1.4 双驱动模式单压电片变形镜模型
        5.1.5 双驱动模式单压电片变形镜设计
        5.1.6 有限元仿真设计
    5.2 双驱动模式单压电片变形镜制备
    5.3 变形镜性能表征
        5.3.1 变形量表征
        5.3.2 工作带宽表征
        5.3.3 镜面质量表征
    5.4 变形镜校正性能表征
        5.4.2 Zernikc多项式重构
        5.4.3 光斑校正性能表征
    5.5 与国内外变形镜性能比较
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
        6.1.1 本论文主要工作
        6.1.2 本论文主要创新点
    6.2 展望
        6.2.1 压电厚膜MEMS变形镜
        6.2.2 双驱动模式单压电片变形镜
        6.2.3 变形镜的应用
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢

(7)基于PolyMUMPs技术的微机电变形镜的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 自适应光学技术
        1.1.1 自适应光学技术的发展与应用
        1.1.2 我国自适应光学系统研究现状
    1.2 微机电系统技术
        1.2.1 微机电系统技术的发展
        1.2.2 微机电系统技术在我国的发展状况
        1.2.3 微光机电系统技术
    1.3 微机电变形镜技术的发展及研究现状
        1.3.1 国外微机电变形镜技术的发展及研究现状
        1.3.2 国内微机电变形镜技术的研究现状
    1.4 本文的研究目的和主要内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 主要内容
第二章 微小型变形镜
    2.1 双压电片变形镜
        2.1.1 双压电片变形镜的工作原理
        2.1.2 双压电片变形镜的设计与仿真
        2.1.3. 双压电片变形镜的特点
    2.2 薄膜变形镜
        2.2.1 薄膜变形镜的工作原理
        2.2.2 薄膜变形镜的仿真
        2.2.3 薄膜变形镜的特点
    2.3 液晶变形镜
        2.3.1 液晶变形镜的工作原理
        2.3.2 液晶变形镜的特性
    2.4 MEMS 变形镜
        2.4.1 MEMS 变形镜的分类
        2.4.2 几种商用MEMS 变形镜的技术与性能分析
        2.4.3 MEMS 变形镜与其他几种变形镜的比较
    2.5 本章小结
第三章 MEMS 变形镜的加工技术研究
    3.1 硅微加工技术
        3.1.1 微加工技术介绍
        3.1.2 硅微加工技术分类
        3.1.3 微加工技术研究方法
        3.1.4 两种商用表面硅微加工标准工艺分析
    3.2 基于PolyMUMPs 工艺的MEMS 变形镜的设计构想
        3.2.1 MEMS 变形镜的设计要求
        3.2.2 PolyMUMPs 工艺对变形镜设计的限制
    3.3 本章小结
第四章 基于PolyMUMPs 工艺的MEMS 变形镜的理论分析与优化设计
    4.1 MEMS 变形镜的结构设计
        4.1.1 微镜单元镜面形状和排布方式
        4.1.2 大冲程微镜驱动器的设计
    4.2 悬臂梁式MEMS 变形镜的理论研究与优化设计
        4.2.1 悬臂梁式微反射镜的结构设计
        4.2.2 悬臂梁式微反射镜的静态性能仿真
        4.2.3 悬臂梁式微反射镜及其构成阵列的设计版图
    4.3 杠杆式MEMS 变形镜的理论研究与优化设计
        4.3.1 杠杆式微反射镜的结构设计
        4.3.2 杠杆式微镜的静态性能仿真
        4.3.3 杠杆式微反射镜及其构成阵列的设计版图
    4.4 本章小结
第五章 MEMS 微镜的测试与分析
    5.1 微镜阵列的驱动电路
    5.2 测试仪器与方法
    5.3 悬臂梁式MEMS 变形镜的测试结果
        5.3.1 悬臂梁式微镜的表面形貌测试
        5.3.2 悬臂梁式微镜的提升高度
        5.3.3 悬臂梁式微镜的时间响应
        5.3.4 悬臂梁式微镜的电压位移曲线
        5.3.5 悬臂梁式微镜阵列中各单元的一致性
        5.3.6 悬臂梁式微镜电压电流曲线
        5.3.7 悬臂梁式微镜的频率响应
    5.4 杠杆式MEMS 变形镜的测试结果
        5.4.1 杠杆式微镜的表面形貌测试
        5.4.2 杠杆式微镜的电压位移曲线
        5.4.3 杠杆式微镜的时间响应
        5.4.4 杠杆式微镜的电压电流曲线
        5.4.5 杠杆式微镜的频率响应
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 总结
        6.1.1 本论文的主要工作及结论
        6.1.2 本论文的创新点
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(8)MEMS微变形镜单元间耦合的优化控制研究(论文提纲范文)

0 引言
1 变形镜校正效果的评价方法
2 单元间耦合对波面校正的影响
    2.1 面形影响函数和耦合系数
    2.2 耦合系数与校正效果的关系
    2.3 单元间距与校正效果的关系
3 结论

(9)自适应光学中变形镜的研究(论文提纲范文)

1 变形镜的工作原理
2 变形镜的分类
3 变形反射镜的技术要求[3]
    3.1 适配误差σf2
    3.2 变形镜工作带宽fB
    3.3 变形镜自然谐振频率
    3.4 波前位相动态校正范围△φ
4 变形镜的性能参数
5 发展趋势

四、自适应光学系统MEMS微变形镜的研究(论文参考文献)

  • [1]基于97单元MEMS变形镜的自适应光学系统SPGD算法实现[D]. 徐奇. 中国矿业大学, 2020(01)
  • [2]基于AlN的MEMS变形镜研究[D]. 邵健. 华中科技大学, 2018(06)
  • [3]基于天文应用的大口径压电变形镜技术研究[D]. 陈俊杰. 中国科学技术大学, 2017(02)
  • [4]宽温度范围对变形镜工作性能的影响研究[D]. 尤俊成. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2017(09)
  • [5]双压电片变形反射镜研制与应用研究[D]. 周虹. 中国科学院研究生院(光电技术研究所), 2013(12)
  • [6]压电厚膜驱动的变形镜技术研究[D]. 马剑强. 中国科学技术大学, 2012(01)
  • [7]基于PolyMUMPs技术的微机电变形镜的研究[D]. 孙全. 国防科学技术大学, 2011(03)
  • [8]MEMS微变形镜单元间耦合的优化控制研究[J]. 刘勇,许晓慧,李保庆,张晋弘,褚家如. 中国科学技术大学学报, 2010(04)
  • [9]自适应光学中变形镜的研究[J]. 乔瑞杰,陈名松. 电子设计工程, 2010(03)
  • [10]用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的MEMS微变形镜设计[J]. 谭佐军,陈海清,康竟然,张坤. 光学学报, 2009(04)

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自适应光学系统的MEMS微变形镜研究
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