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MEMS微变形镜的系统级建模研究

微型自适应光学系统在天文观测、激光武器和现代医学高分辨率成像等领域有着重要的应用前景,基于MEMS技术的微变形镜是微型自适应光学系统的核心器件,涉及光相位调制、机电耦合等诸多方面的研究。如何建立MEMS微变形镜准确有效的光相位调制和机电耦合的系统级模型,从而快速得到其可靠的仿真结果,以减少设计成本,缩短开发周期,便成为微型自适应光学系统设计的一个重要问题。本文以微型自适应光学系统的关键部件微变形镜为研究对象,研究了微变形镜系统级建模的方法,建立了微变形镜的系统级模型,并实现了微变形镜阵列的仿真。论文的主要研究内容包括:研究了微变形镜的机电行为建模方法并建立了机电组件模型。基于多端口组件网络方法,采用能量法建立了机电功能组件弹性梁、平板质量块的力学行为模型,应用机电能量转换原理建立了平板式可变电容器的机电耦合行为模型。使用硬件描述语言MAST编码实现了多端口组件模型并将仿真结果与有限元分析结果进行了精确性比较,仿真结果表明模型具有  (本文共97页) 本文目录 | 阅读全文>>

《家庭(育儿)》2003年09期
家庭(育儿)

“变形镜”“糊涂经”

世上有种经,既难念又很容易念,这便是"夫妻经"。我与妻子经过数载婚姻生活的体验,终于揣摩出了念好此经的绝妙...  (本文共2页) 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

基于变形镜的碟片激光器热焦距测量和基模谐振腔的动态补偿

在半导体泵浦固体激光器(DPSSL)的基础上进一步发展而来的碟片激光器,因为其优秀的结构设计,很大程度上抑制了热效应问题。但是,随着碟片激光器输出功率的提高,热透镜效应产生的热畸变仍然无法忽视,甚至成为限制激光器输出功率和光束质量的重要原因。用球面可变形反射镜来对碟片激光器热焦距的动态范围进行测量,以及对热畸变的球面部分进行补偿,对碟片激光器的设计非常重要。本文从基尔霍夫薄板理论出发,分析了施加均匀载荷下圆形薄板的弯曲,得到圆形薄板中心区域的形变可以近似为一个球面的结果。通过COMSOL仿真软件对该模型的仿真与验证,封装了这种球面变形镜。并展开在不同压强条件下,镜面变形特性的测试与分析,获得了球面变形的实验结果,并发现了球面变形的曲率半径与压强的关系,为基于此球面变形镜的碟片激光器热焦距的测量与动态谐振腔的设计奠定了器件基础。其次,基于所设计的球面变形镜曲率半径的变形范围,设计了谐振腔稳区宽度不变,稳区边界平移的碟片激光晶体热焦...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

低阶大行程像差补偿器件设计与应用研究

在以激光器作为光源的光学系统中,激光器输出光束带有的波前畸变制约了光学系统的性能和工作效率。自适应光学可以能动地对光学系统中光束的波前畸变进行补偿。目前,自适应光学主要应用于激光传输、天文望远和人眼像差模拟等领域中的像差校正,但专门针对光纤激光器输出光束进行校正的低阶大行程像差补偿器件相关研究报道较少。此外,双压变形镜具有压电陶瓷整层粘接的结构方式,可以通过灵活设计其驱动电极的排布制作出具有特定口径和校正对象的波前补偿器件。本文以光纤激光器光束净化为主要研究内容,分析光纤激光器输出光束的像差特性,设计并制作了用于校正离焦像差的3单元变形镜,并对其性能和像差校正能力进行研究。首先,搭建实验系统对0.4μm~1.7μm谱宽超连续谱光纤激光器的输出光束展开测试。测得超连续谱光纤激光器在610nm、800nm、1070nm和1078nm等不同波段的输出光束中波前像差都以大幅离焦为主。然后,建立针对离焦像差的3单元单压变形镜模型,对其表面...  (本文共78页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

用于低阶像差补偿的边缘驱动变形镜研究

随着激光器输出光束功率的不断提高,大行程低阶像差控制成为大功率激光系统光束控制面临的关键难点之一。目前多采用“多级校正”的思想,使用多片分立驱动变形镜进行光束质量控制。这一技术方案存在多级控制耦合问题,系统复杂,并且强光辐照下产生的“印透效应”引入较多高阶像差,引起系统光束质量控制的复杂性。边缘驱动变形镜具有补偿行程大、无“印透效应”等特点,能以简单的方案补偿系统中大量的低阶像差,降低系统光束控制的复杂性。本文从基于朗温-基尔霍夫假设的薄板理论出发,给出圆盘在受到整体载荷时,其镜面Z方向的形变位移与整体载荷所满足的平衡方程式。深入分析了生成离焦和像散两种面形时24个载荷点所加载力的大小与弯矩和净剪力之间的积分关系式。为四臂边缘驱动变形镜的优化设计提供了理论依据和初始结构参数。本文提出了边缘驱动变形镜的结构创新:通过分析理论计算得到的24个驱动力的大小分布,将12臂24驱动器变形镜简化为4臂4驱动器的初始简化结构;从变形镜生成离焦...  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

基于AlN的MEMS变形镜研究

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...  (本文共79页) 本文目录 | 阅读全文>>