变形镜及其驱动器的动态响应测试研究

    引言

    自适应光学技术已经越来越多的应用于天文望远镜中，用于校正大气扰动对望远镜成像质量的影响^[1,2]。变形镜作为 自适应光学系统中的关键部件之一，其静、动态性能的好坏直接决定了自适应光学系统对大气的校正效果。变形镜的静态性能一般指其对波像差的校正能力，反映的 是变形镜的空间校正特性；而变形镜的动态性能指的是其促动器推拉镜片的快速响应能力，反映的是粘接情况下的促动器时间响应性能，一般要求变形镜的工作频率 优于 1000Hz^[3]。

    本文针对快速动态响应测试的要求，设计了一个基于光电倍增管的测试光路，对自制变形镜的动态响应性能进行了测试。测试结果表明，所研制的变形镜谐振频率优于 12kHz，高压驱动器可以在不损失增益的情况下，使促动器的工作频率达到 2kHz。

    1 变形镜动态性能测试方法

    文献[4]介绍了用光学外差式干涉仪对变形镜的动态性能进行测试的方法，其最大测量频率为 10 kHz，每次测量变形镜上面对应单个促动器的镜面响应情况，可以进行多个促动器位置的测量以确定响应的差异情况。方法上面还可以利用激光测振仪^[5]对变形镜的固有谐振频率进行测量，其应用的是非接触式激光多普勒测量原理。

    由于实验室内尚未有激光测振仪，所以希望构建一套方便、有效的测试系统能够对变形镜的动态性能进行测量，而且该系统还能对高压驱动器的驱动能力进行同步的 测试。图 1 所示为所构建的测试系统，激光器发出的光束投射到变形镜面上对应压电促动器的位置，经镜面反射之后通过一个针孔滤波器对光束进行滤波，再到达光电倍增管的 感光单元上。控制高压驱动器使压电促动器对变形镜面进行推拉变形，测试中控制镜面的变形量为±2.5 μm，镜面的变形表现为对激光光束的会聚或发散作用，从而改变透过针孔滤波器的光能量，而该变化量又易于被光电倍增管所测得。实验中所用的光电倍增管时间 响应频率可以达到20 MHz 。

    变形镜的压电促动器为容性负载，其在大信号工作时的电容为 0.45μF。根据变形镜的动态工作性能要求，我们研制了高压驱动器，可以对 0～5V（或 0～10 V，增益可调）的输入电压放大到压电陶瓷所需的工作电压。在自适应系统工作时，高压驱动器接收的是 D/A 转换器的信号，而在变形镜的动态性能测试时，方便起见，接收的是信号发生器的信号。测试用光电倍增管的输出电压范围为 0～5V，既可以用示波器对输出电压进行测量，也可以用采集卡对其输出电压进行采集保存，以用于进一步的分析。