【OKO】微机械薄膜变形镜(MMDM)

结构：

• 薄膜变形镜一般采用金属薄膜作为镜面材料，通过微机械加工（MEMS）工艺制成，因此又称MEMS变形镜。

• 薄膜的边缘固定在周围的框架结构上，薄膜下方有控制电极（见下图）。

• 薄膜一般具有多层结构，主要包括电介质层(dielectic stack)、金属层(metal)、氮化硅层(Silicon nitride)等。厚度一般为0.5~10微米，直径为5~50毫米。

工作原理：

• 当在薄膜下方的电极上施加电压时，电极和薄膜之间产生静电吸引（eletrostatic attraction），从而导致薄膜发生形变。

• 如果在所有的电极上施加相同的电压，则薄膜会产生球形的形变（球形凹陷）。

• 在不同的电极上施加不同电压（即不同的电压组合），则可以使薄膜产生不同的形变。

偏置控制（双向变形）：

• 由于电极与薄膜之间只存在吸引力而不能产生排斥力，因此薄膜只能朝着电极的方向产生形变（即凹面形变），而不能产生凸面形变。

• 在实际使用过程中，为了使薄膜产生双向变形（能凹能凸），通常在校准光路的时候给变形镜先施加一个偏置电压（如下图所示），使变形镜产生偏置形变，这样变形镜就可以此为基础产生凹凸变形。

控制精度：

• 薄膜变形镜不存在滞环（即hysteresis，又称滞洄、磁滞效应），形变重复性较好。

• 根据控制电压和形变之间的定量关系，可以实现镜面形变的高精度控制，可用于前馈控制系统（无反馈控制）。

电功耗：

• 由于薄膜变形镜仅靠静电吸引产生形变，驱动电流极小，因此虽然驱动电压达到上百伏，但消耗的电功率较低。

• 实验中曾测量到40通道的MMDM在工作模式下功耗不超过1W。

规格型号：

• OKO公司生产的薄膜变形镜主要规格如下表所示。

• 所有变形镜的单个执行器最大形变量（maximum deflection per actuator）至少达到1000nm~1300nm。

技术参数：

• 最常用的15mm口径37通道的MMDM照片如下图所示，其主要技术参数如下表所示（见产品手册第7.3节）。

产品特点：

• 体积小巧轻盈，特别是与连续面板压电镜相比；

• 功耗可忽略不计；

• 光学质量高，初始面形RMS偏差小于9 nm；

• 表面非常光滑，散射可以忽略不计；

• 大校正范围：总波前变形高达25μm；

• 镜面采用了金属和金属介电涂层；

• 可承载功率高达1 kW的高能激光；

• 参数漂移可忽略不计移；

• 零迟滞；

形变干涉图：

变形镜初始面形及施加电压后的干涉图（与平面镜产生干涉）如下图所示，可以看出，变形镜可以很好地拟合波前畸变曲面，对波前畸变进行校正。

最佳光学孔径：

变形镜校正波前畸变的过程实质上是其镜面形变不断逼近和抵消波前畸变曲面的过程。根据弹性力学理论，变形镜镜面的形变可以用泊松方程（Poisson equation）来描述和计算。由于部分Zernike曲面对于光学孔径的边界条件有特殊要求，部分执行器必须置于光学孔径的外部以取得最佳校正效果。在实际操作中，一般将MMDM镜面直径设计为光束直径的1.4~1.6倍（即光束直径为MMDM镜面直径的0.6~0.7倍）。

光功率负载：

激光负载会引起镜面温度上升，导致镜面产生热膨胀，从而降低其表面张力。为了降低高功率光负载对镜面产生的不利影响，OKO变形镜在设计和生产过程中采取了一系列措施以提高其负载能力，例如：

• 镜面除了镀高反射率金属外，还采用电介质层进一步增强其反射率； 

• 降低薄膜与电极之间的热阻； 

• 降低电极与衬底及外界环境的热阻，便于热量扩散；

补充说明：

• 微机械薄膜变形镜具有为校正低阶像差而优化的执行器几何形状，其中12个执行器位于10mm的工作孔径之外，并安装在压电倾斜台上。

• OKO的一些标准 MMDM参数 呈现在下面。有关标准可变形镜的完整概述，请参阅我们的产品手册。要请求自定义设计的 MMDM，请与我们联系。

此外，OKO还提供不同参数的MMDM。

产品手册：

1-channel MMDM.pdf                              17-channel MMDM.pdf

30mm 79-channel MMDM.pdf                    19(37)  - channel MMDM.pdf

30mm 39-channel MMDM.pdf                    Linear 19 (38)-channel MMDM.pdf

96-channel  MMDM.pdf                            Linear 39-channel MMDM.pdf                    

AO -OKO-产品汇总.pdf

注：本页图片与产品手册均来自于荷兰OKO公司网站，更多信息请访问：http://www.okotech.com/

Note : The figures and product manuals in this page are originally from the website of OKO Tech (i.e., Flexible Optical B.V.), The Netherlands . For more information, please visit : http://www.okotech.com/

淘宝链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a21dvs.23580594.0.0.3bc13d0dVESPzW&ft=t&id=662696387657

产品宣传页：

【OKO】微机械薄膜变形镜.pdf