一种波前校正器及其校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自适应光学系统技术领域，具体地说涉及一种波前校正器及其校正方 法。
【背景技术】
[0002] 波前校正器（也称作变形镜）作为自适应光学系统的关键器件，近些年来得到了 快速发展。与传统固体镜片变形镜技术途径相比，液体镜面变形镜能够利用液面自身的张 力作用保持平滑，从而解决了传统固体镜片技术存在中高频像差这一固有问题，被越来越 多的应用到自适应光学技术中。
[0003] 现有的液体镜面变形镜主要包括铁磁液体驱动型和液晶驱动型，前者利用通电线 圈的电磁力改变铁磁液体表面形状来校正反射光的波前畸变，在稳定状态下能够利用液面 自身的张力作用保持平滑，克服传统镜片固有的中高频像差，但液面面形容易受到重力、气 流等外界干扰，也存在液体表面光反射率低、表面镀膜难度大等问题；后者对液晶分子加电 后改变分子极化方向，对于偏振入射光来说液晶分子极化方向的变化导致折射率的变化， 从而达到校正透射光波前畸变的目的，液晶变形镜的驱动器密度可以做的很高，而且制造 工艺成熟，被广泛应用在小口径自适应光学系统中，但只能适用于偏振光，并且液晶材料抗 激光损伤阈值较低并存在严重的色散现象。
[0004] 液体界面存在着张力，改变界面的张力状态就可以改变液面的形状，在改变液面 张力状态的各种方法中，电浸润法具有结构简单、控制精度高、响应速度快等优点，在许多 领域被得到应用。电浸润法已经被成功应用在可变焦距液体透镜技术中，该技术利用电浸 润效应改变液面曲率从而控制液体透镜的焦距，成为最廉价的成像系统。尽管电浸润技术 在透镜成像方面已经成功商业化，但目前仍然未被应用到自适应光学技术中，要实现这一 应用，还需要解决很多原理和技术上的问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种响应速度快、稳定性 高、面形响应形状多样化、操作便捷、成本低、控制精度高、适用于自适应光学系统的波前校 正器及其校正方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种波前校正器，包括容器、至少一个电源和至少一个电极，所述容器设置为密闭 结构，其内部设置有折射率不同的导电液体和绝缘液体，所述电极呈离散状设置在容器的 外侧壁，其正极与电源相接，其负极与导电液体连接。
[0008] 进一步，所述导电液体和绝缘液体互不相容。
[0009] 进一步，所述导电液体和绝缘液体的高度和等于容器的高度。
[0010] 进一步，所述电极的负极处设置有导线，所述导线的一端与电极的负极连接，其另 一端与导电液体连接。
[0011] 进一步，所述电极设置在导电液体和绝缘液体的液面接触处。
[0012] 进一步，所述电极与电源一一对应设置。
[0013] 进一步，所述容器设置为柱状结构，其横截面的外接圆直径设置为10_200mm，其高 度设置为5-20mm。
[0014] 进一步，所述容器的上下表面均镀有对入射光高透过率的膜。
[0015] 另，本发明还提供一种波前校正器的校正方法，包括如下步骤：
[0016] (1)向所述容器内注满导电液体和绝缘液体，所述导电液体的折射率为Ii1，所述绝 缘液体的折射率为n 2;
[0017] (2)将所述电极呈离散状设置在容器外侧壁；
[0018] (3)启动电源，对所述电极分别施加不同的控制电压，改变导电液体和绝缘液体的 高度，并分别标记为Ii 1 (X，y)和h2 (X，y);
[0019] (4)将所述入射光经容器的表面入射至导电液体和绝缘液体内部，则入射光的波 前分布变化量S (x，y)为：
[0020] S(x, y) = y)+n2h2(x, y)；
[0021] (5)取入射光不同位置A(Xi，y;)和B(Xy yj，对应导电液体的高度分别标记为 hii Ui，yj和Kj (χ.〗，y.)，对应绝缘液体的高度分另Ij标记为h2i (Xi, y;)和h2j (χ.〗，y.)，贝丨J位置 A和B的波前分布变化量分别为S (Xl，yi)和S (Xj，yj):
[0022] S (x；, y；) = Xi1Iili (xi7 y；) +n2h2i (x；, y；),
[0023] S (x.j，y.) = I^hlj (x.j，y.) +n2h2j (x.j，y.);
[0024] (6)所述入射光在位置A、位置B的波前相对变化量为：
[0025]
，所述波前相对变化量 即对入射光波长畸变的校正补偿量。
[0026] 进一步，所述入射光的波前相对变化量正比于施加控制电压后导电液体的液面高 度相对变化量。
[0027] 本发明的有益效果是：
[0028] 1、本发明采用电浸润效应改变液体表面的张力状态，从而精确控制液面面形来校 正入射光的波前畸变，具有响应速度快、稳定性高的特点，适合应用于自适应光学波前校正 系统中。
[0029] 2、本发明中电极呈离散状设置在导电液体和绝缘液体的液面接触处，促使液面形 状变化具有更大的自由度，并且，所述电极与电源一一对应设置，能够灵活实现液面局部面 形变化，促使液面接触处达到非对称面形变化，具有面形响应形状多样化的特点。
[0030] 3、本发明作为透射式光学元件，不需要在液体表面镀膜，具有操作便捷、成本低的 特点。
[0031] 4、本发明将导电液体和绝缘液体注入密闭容器中，有效避免液面面形受到外界气 流扰动等影响，具有控制精度高的特点。
[0032] 5、本发明中容器的横截面尺寸具有较大的调节范围，适用于大口径高能量状态， 同时，本发明对光学的偏振态没有要求，具有适用范围广的特点。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明的整体结构示意图；
[0034] 图2是本发明的俯视结构示意图；
[0035] 图3是本发明的一种容器横截面结构示意图；
[0036] 图4是本发明的一种容器横截面结构示意图；
[0037] 图5是本发明的一种容器横截面结构示意图；
[0038] 图6(a)是常见的泽尼克像差进行校正前的示意图；
[0039] 图6(b)是本发明对常见的泽尼克像差进行校正后的示意图；
[0040] 图7是入射光未经过拟合的波前干涉示意图；
[0041] 图8(a)是本发明对入射光进行离焦拟合后的干涉示意图；
[0042] 图8(b)是本发明对入射光进行45度像散像差拟合后的干涉图。
[0043] 附图中：容器1、绝缘液体2、导电液体3、电极4、导线5、电源6。
【具体实施方式】
[0044] 为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对 本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0045] 实施例一：
[0046] 如图1所示，一种波前校正器，包括容器1、至少一个电源6和至少一个电极4,所 述容器1设置为密闭结构，其内部设置有互不相容、折射率不同的导电液体3和绝缘液体2， 可以有效避免液面面形受到外界气流扰动等影响，控制精度高，所述容器1横截面的外接 圆直径设置为10-200_，其高度设置为5-20_，所述容器1的横截面尺寸具有较大的调节 范围，适用于大口径高能量状态，同时，所述波前校正器对光学的偏振态没有要求，适用范 围广。
[0047] 所述导电液体3和绝缘液体2的密度相同时，则两者的接触液面是一个曲率不变 的球面，所述导电液体3和绝缘液体2的密度不同时，考虑到整个装置的稳定性，上方液体 密度小于下方液体密度，则两者的接触液面是一个靠近容器1中心曲率小、远离容器1中 心曲率大的非球面，所述导电液体3设置为导电的水溶液，常用的种类为氯化钠水溶液、醋 酸、硫酸等，所述绝缘液体2设置为不导电的油，常用的种类为十二烷基苯、硅油、矿物油、 乙醚、三氯联苯合成油等。
[0048] 所述容器1设置为柱状结构，其横截面设置为圆形、正方形和长方形中的任意一 种，所述容器1的上下表面均镀有对入射光高透过率的膜，所述膜为增透膜，不需要在液体 表面镀膜，操作便捷，成本低，所述电极4的正极与电源6相接，其负极通过导线5与导电液 体3连接，启动电源6产生电流，电流依次经过电极4的正极和负极，到达导电液体3处，弓丨 起导电液体3处的液面变化，所述导电液体3和绝缘液体2的高度和等于容器1的高度，因 此，间接引起绝缘液体2对应处的液面变化，以达到补偿入射光波前畸变的目的，液面响应 速度快，稳定性高，适合应用于自适应光学波前校正系统中。
[0049] 如图1-2所示，所述电极4呈离散状设置在容器1的外侧壁，并且位于导电液体3 和绝缘液体2的液面接触处，促使液面接触处形状变化具有更大的自由度，并且，所述电极 4与电源6 -一对应设置，能够灵活实现液面局部面形变化，促使液面接触处达到非对称面 形变化，面形响应形状多样化。
[0050] 所述一种波前校正器的校正方法，包括如下步骤：
[0051] (1)向所述容器1内注满导电液体3和绝缘液体2,所述导电液体3的折射率为Ii1, 所述绝缘液体2的折射率为n 2;
[0052] (2)将所述电极4呈离散状设置在容器1外侧壁，并且位于所述导电液体3和绝缘 液体2的液面接触处，有助于产生面形相应；
[0053] (3)启动电源6，对所述电极4分别施加不同的控制电压，改变导电液体3和绝缘 液体2的高度，并分别标记为Ii1 (X，y)和h2 (X，y);
[0054] (4)将所述入射光经容器1的表面入射至导电液体3和绝缘液体2内部，则入射光 的波前分布变化量S (X，y)为：
[0055] S(x, y) = Iijh1 (x, y)+n2h2(x, y)；
[0056] (5)取入射光不同位置A(Xi，y;)和B(Xy