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【OKO】96通道、2kHz、”三合一”薄膜变形镜在很多应用领域,由于传统光学系统自身的局限性,其最终传输或者成像效果会受到很大限制,只不过在早年这个问题得不到妥善的解决。然而,随着自适应光学(Adaptive Optics,简称AO)的发展壮大,人们开始发现可以用它进行像差的矫正,实现“更快、更高、更强”(更快速的通信速率、更高精度或分辨率的投影或成像、更强的激光能量)的目标。 自适应光学在诞生之初通常与激光武器、天文观测这些高端领域密不可分,直到近半个世纪以来,随着半导体、光电子行业的迅猛发展,各种高性能且高性价比的元器件诞生,它才开始逐步进入大众的视野,被更多的人接触、理解,并接受。 荷兰OKO公司(全名Flexible Optics B.V.,又称OKO Tech)创立于1997年,在自适应光学领域具有较长的历史和积淀,其生产的变形镜具有多种口径和执行器数量可选,畅销至今。其主打产品微机械薄膜变形镜(MMDM)也是自适应光学领域极为重要、也极为常见的变形镜之一。它采用微机械加工(MEMS)的工艺制成,能够实时、动态校正激光、望远镜、眼科、显示成像光学系统在内的各种领域常见的波前畸变,还原高质量的成像。 接触过自适应光学尤其是MMDM的研究人员都十分清楚,变形镜想要正常配置使用,配套的高压放大器和DAC驱动模块是必不可少的。任何一套自适应光学系统正常工作之前必须对这三者同时进行供电、连线、配置、调试等等操作。这无疑给研究人员带来了较大的麻烦,增加了系统复杂度,扩大了整套闭环自适应光学系统的体积,给一些相对精密的光学系统带来了巨大的挑战,也限制了变形镜的使用场景。 为了解决这个巨大的难题,同时也为了满足用户对多通道、高速率、小体积变形镜的需求,OKO公司新近推出了96通道、2kHz、三合一MMDM新产品,一次性解决多种问题,保证原有高性能的基础上再增添了四大优势。具体技术参数如下表所示: 1. 多通道:多到你看不清! 图1 96通道三合一MMDM 如上左图所示,为96通道三合一MMDM产品的照片,其通光孔径为25.4mm,而在25.4mm的通光孔径中分布有足足96个执行器,具体的布局图可见上右图。高达96个的执行器能够支持变形镜产生相对复杂得多的形变,校正更高阶、更复杂的像差。该变形镜执行器最大行程高达18um,与相同通光孔径的变形镜相比行程增加近一倍。 在仅1英寸的通光孔径中遍布了96个执行器,而且每个执行器都能够单独操纵,独立工作,多么惊人的微操作! 图2 出厂前对96通道三合一MMDM镜面进行测试得到的干涉图,从左往右依次为:施加0电压、所有执行器均施加最大电压、中间执行器施加最大电压。从干涉图可以看出其具有较好的光学性质,能实现多种形变。
2. 高速率:快到你意识不到! 为了保证变形镜能够动态实时校正波前像差,目前市面上常见的MMDM刷新速率都维持在几百Hz左右,这样的刷新速率已经能够满足绝大部分情况下的工作需求,但是在一些精度要求较高的领域还是无法胜任的。 而96通道三合一MMDM在保证工作性能的基础上将刷新速率提升至2kHz,能够适用于多种不同的高性能、高精度要求的应用场景,实现实时、高速、动态校正波前畸变,这惊人的飞跃堪称质变! 图3 :96通道三合一MMDM上升与下降阶跃响应曲线(主要为USB接口延迟与升降时间)。 图4 96通道三合一MMDM开关特性曲线。对所有执行器施加最大振幅的方波信号,使其在两个极端状态之间切换焦点。在焦平面上放置有针孔,采用光电二极管探测器记录信号。 3. 小体积:解决凌乱与复杂! 正常的变形镜尺寸都不是很大,集成进现有的光学系统似乎不是很困难,但是事实并非如此。因为想要正常驱动变形镜工作,配套的高压放大器与DAC驱动模块必不可少,而且随着变形镜通道数增加,需要的高压放大器和DAC驱动模块通道数也同步增加。除此之外,三者相互连接的排线、供电等线缆也会无形中增加整套自适应光学系统的复杂度和凌乱度,这无疑会导致很多不必要的体积预留和集成上的困难。而一般高精度、高性能的光学系统对体积和复杂度都有一定的要求,所谓大道至简,越小、越简洁的光学系统产生的干扰就越少,带来的效果就会越好。 而96通道三合一MMDM则采用嵌入式电子技术,将变形镜、高压放大器、DAC驱动模块3个器件合为一体,减小了整套设备的体积,降低了系统的复杂度,取消了复杂凌乱的排线,让变形镜回归变形镜本身。 图5 96通道三合一MMDM外形尺寸图 96通道三合一MMDM系统简洁明了,没有复杂的外置设备,所有控制、形变、驱动、校正部分均集成在90*90*30mm3的立方体中,重量也仅有0.45kg,做到了轻松携带,便于安装。变形镜采用USB2.0的输出,无需复杂转接头,在任意一台安装了Frontsurfer的电脑上都能实现即插即用,无需额外配置其他配件,也不用额外给某些设备供电,在性能优秀的同时兼顾了灵活性,深受广大客户的喜爱。 4. 高性价比:亲民的价格却具有贵族的品质! 自适应光学在刚发展之初还是非常尖端小众的,一般用于激光武器、天文观测等等领域,这些领域为了一点点的性能提升投入再多也是值得的。但是对于普通研究所或者实验室来说,就会处于性价比较低的尴尬处境。但是随着科技进步,大量性能更优秀、价格更低的元器件被人们应用推广到方方面面,自适应光学也“好风凭借力,送我上青云”,进入了大众的视野。 与普通的变形镜相比,96通道三合一MMDM集高速率、高性能、多通道、三合一多种优势于一体,那么它的价格又该翻几番呢?这可能是大多数人的想法,实则不然,96通道三合一MMDM虽然具有很多足以自傲的优势,但其价格仍旧亲民,处于一般实验室或研究团队可承受范围内。在国外,其一经生产就被各大科研机构竞相采购使用,畅销程度直逼OKO公司的经典变形镜OKO Mirror。 多通道、高速率、小体积、高性价比,96通道三合一MMDM的四大优势就像地基一样牢牢支撑着它为光学成像系统校正波前、消除误差,还原成像原本的样子,拨乱反正、返璞归真的同时又做到了大道至简,让人不得不感叹一句科技的进步带来的便利与美。 |