Sekci připravili Nikolay Nosyrev a Oleg Vilkov

Adaptivní optika(AO) - obor optiky, který se zabývá vývojem optických systémů s dynamickým řízením tvaru vlnoplochy pro kompenzaci náhodných poruch a zvýšení limitu rozlišení pozorovacích přístrojů, stupně koncentrace záření na přijímači nebo cíli.

Hlavním problémem, který může být řešen systémem adaptivní optiky, je eliminace vlnoplochových poruch způsobených nekontrolovanými náhodnými vlivy. Mezi nejznámější systémy tohoto typu patří:

· pozemní dalekohledy, kvůli heterogenitě zemské atmosféry je rozlišovací schopnost těchto systémů snížena

systémy pro tvarování a zaostřování laserového záření

laserové měřicí systémy pracující v atmosféře

· optické systémy vysokovýkonných laserů.

Implementace adaptivních optických systémů je určena specifickým rozsahem problémů, které řeší. Obecné zásady pro konstrukci takových systémů jsou však stejné.

Existují systémy s výstupní vlnou, u kterých se koriguje čelo vlny světelného zdroje, a systémy s přijímanou vlnou, u kterých se koriguje světelné pole přicházející z pozorovaného objektu. Obojí lze zase implementovat na principech fázové konjugace a snímání apertury.

V systému fázové konjugace se paprsek světla odráží od malé oblasti objektu (cíle) a vytváří kulovou vlnu, která se pohybuje zpět po dráze světla a podléhá stejným deformacím jako emitovaná vlna. Příchozí odražená vlna vstupuje do vlnoplochového senzoru, kde jsou detekovány deformace na dráze. Zařízení pro zpracování dat vypočítá potřebnou korekci čela vlny, kterou provede zařízení ovlivňující čelo vlny.

Princip aperturního snímání je založen na možnosti vnášet do vlnoplochy zkušební poruchy, které se transformují na amplitudové poruchy signálu. Analýzou změn intenzity světla odraženého od cíle je učiněn závěr o znaménku změny fáze a vlnoplocha je deformována, dokud není zaostření na objekt optimalizováno.

Systémy přijímaných vln fungují podobným způsobem. V systémech s fázovou vazbou je část přijímaného světla se zkreslenou vlnoplochou směrována do vlnoplochového senzoru. Získané informace slouží k vytvoření kompenzačního efektu na přijímané vlnoplochě. V důsledku toho se na přijímači ideálně vytvoří obraz omezený pouze difrakcí.

V aperturních snímacích systémech jsou testovací poruchy zaváděny do přijímané vlnoplochy a jejich vliv je hodnocen pomocí přijímače umístěného v rovině obrazu.

pozorovací zařízení, koncentrace optického záření na přijímači nebo cíli atd.

Adaptivní optika se používá při konstrukci pozemních astronomických dalekohledů, v optických komunikačních systémech, v průmyslové laserové technice, v oftalmologii atd., kde umožňuje kompenzovat atmosférická zkreslení a aberace optických systémů, včetně optických prvky lidského oka.

Adaptivní optický systém

Strukturálně se adaptivní optický systém obvykle skládá ze senzoru, který měří zkreslení (wavefront sensor), vlnoplochového korektoru a řídicího systému, který komunikuje mezi senzorem a korektorem.

Wavefront senzory

Existuje celá řada metod, které umožňují jak kvalitativní hodnocení, tak kvantitativní měření profilu vlnoplochy. Nejoblíbenějšími snímači jsou v současnosti interferenční typ a typ Shack-Hartmann.

Činnost interferenčních senzorů je založena na koherentním sčítání dvou světelných vln a vytvoření interferenčního obrazce s intenzitou závislou na měřené vlnoplobě. V tomto případě lze vlnu získanou ze zkoumaného záření prostorovou filtrací použít jako druhou (referenční) světelnou vlnu.

Senzor typu Shack-Hartmann se skládá z pole mikročoček a fotodetektoru umístěného v jejich ohniskové rovině. Každá čočka obvykle měří 1 mm nebo méně. Čočky snímače rozdělují studovanou vlnoplochu na subapertury (aperturu jedné mikročočky), které tvoří sadu ohniskových bodů v ohniskové rovině. Poloha každého bodu závisí na místním sklonu čela vlny paprsku přicházejícího na vstup senzoru. Měřením příčných posunů ohniskových bodů je možné vypočítat průměrné úhly sklonu čela vlny v každé z dílčích apertur. Z těchto hodnot se vypočítá profil čela vlny přes celou aperturu snímače.

Korektory vlnoplochy

Adaptivní (deformovatelné) zrcátko ( angličtina) je nejoblíbenější nástroj pro ovládání vlnoplochy a korekci optické aberace. Myšlenku korekce vlnoplochy pomocí kompozitního zrcadla navrhl V.P. Linnik v roce 1957. Možnost vytvoření takového systému se objevila od poloviny 90. let v souvislosti s rozvojem technologií a možností přesného počítačového řízení a sledování.

Rozšířila se zejména unimorfní (semi-pasivní-bimorfní) zrcadla. Takové zrcadlo se skládá z tenké desky z piezoelektrického materiálu, na které jsou speciálním způsobem uspořádány elektrody. Deska je připevněna k substrátu, na jehož přední ploše je vytvořena optická plocha. Při přivedení napětí na elektrody se piezoelektrická deska smrští (nebo roztáhne), což způsobí ohnutí optického povrchu zrcadla. Speciální prostorové uspořádání elektrod umožňuje tvorbu složitých povrchových reliéfů.

Rychlost ovládání tvaru adaptivního zrcadla umožňuje jeho využití pro kompenzaci dynamických aberací v reálném čase.

V astronomických aplikacích vyžadují systémy adaptivní optiky referenční zdroj, který by sloužil jako standard jasu pro korekci zkreslení způsobených atmosférickou turbulencí, a měl by být umístěn v dostatečně blízké úhlové vzdálenosti od studované oblasti oblohy. Některé systémy používají jako takový zdroj „umělou hvězdu“, vytvořenou excitací atomů sodíku ve výšce 90 km nad povrchem Země pomocí pozemního laseru.

Viz také

Napište recenzi na článek "Adaptivní optika"

Poznámky

Literatura

• Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Principy adaptivní optiky. - M.: Věda, 1985.
• Vorontsov M. A., Koryabin A. V., Shmalgauzen V. I.Řízené optické systémy. - M.: Nauka, 1988.

Odkazy

Výňatek charakterizující adaptivní optiku

Soňa, Nataša, Péťa, Anna Michajlovna, Vera, stará hraběnka, ho objaly; a lidé a služebné, plnící pokoje, mumlali a lapali po dechu.
Péťa mu visel na nohách. - A pak já! - vykřikl. Nataša, když ho k sobě sklonila a políbila ho na celou tvář, odskočila od něj a držela se za lem jeho maďarské bundy, vyskočila jako koza celá na jednom místě a pronikavě zaječela.
Na všech stranách byly oči zářící slzami radosti, láskyplné oči, na všech stranách byly rty hledající polibek.
Sonya, rudá jako rudá, ho také držela za ruku a celá zářila v blaženém pohledu upřeném na jeho oči, na který čekala. Soně bylo již 16 let a byla velmi krásná, zvláště v tomto okamžiku šťastné, nadšené animace. Dívala se na něj, aniž by spustila oči, usmívala se a zadržovala dech. Vděčně se na ni podíval; ale stále čekal a někoho hledal. Stará hraběnka ještě nevyšla. A pak se u dveří ozvaly kroky. Kroky jsou tak rychlé, že nemohly být jeho matky.
Ale byla to ona v nových šatech, pro něj stále neznámých, ušitých bez něj. Všichni ho opustili a on se rozběhl k ní. Když se sešli, padla mu na hruď a vzlykala. Nemohla zvednout tvář a jen ji přitiskla ke studeným strunám jeho maďarštiny. Denisov, nikým nepozorován, vstoupil do místnosti, stál přímo tam a díval se na ně a promnul si oči.
"Vasilij Denisov, přítel tvého syna," řekl a představil se hraběti, který se na něj tázavě díval.
- Nemáš zač. Já vím, já vím,“ řekl hrabě, políbil a objal Denisova. - Nikolushka napsal... Natašo, Vero, tady je Denisov.
Stejné šťastné, nadšené tváře se otočily k huňaté postavě Denisova a obklopily ho.
- Miláčku, Denisove! - zaječela Natasha, nevzpomínala si na sebe radostí, přiskočila k němu, objala ho a políbila. Všichni byli z Natašina činu v rozpacích. Denisov se také začervenal, ale usmál se, vzal Natashu za ruku a políbil ji.
Denisov byl odveden do místnosti připravené pro něj a všichni Rostovovi se shromáždili na pohovce poblíž Nikolushky.
Stará hraběnka, aniž by pustila jeho ruku, kterou každou minutu líbala, seděla vedle něj; zbytek, shlukující se kolem nich, zachytil každý jeho pohyb, slovo, pohled a nespouštěl z něj své nadšeně milující oči. Bratr a sestry se hádali a chytli se za místa blíž k němu a hádali se, kdo mu má přinést čaj, šátek, dýmku.
Rostov byl velmi šťastný z lásky, která mu byla prokazována; ale první minuta jeho setkání byla tak blažená, že se mu jeho současné štěstí zdálo nedostačující, a stále čekal na něco jiného a další a další.
Druhý den ráno návštěvníci spali ze silnice až do 10 hodin.
V předchozí místnosti byly rozházené šavle, tašky, tanky, otevřené kufry a špinavé boty. Očištěné dva páry s ostruhami byly právě umístěny ke zdi. Sluhové přinesli umyvadla, horkou vodu na holení a vyčistili šaty. Vonělo tabákem a muži.
- Hej, G'ishka, t'ubku! “ zakřičel chraplavý hlas Vasky Denisovové. - Rostove, vstávej!
Rostov si promnul svěšené oči a zvedl zmatenou hlavu z horkého polštáře.
- Proč je pozdě? "Je pozdě, 10 hodin," odpověděl Natašin hlas a ve vedlejší místnosti se ozvalo šustění naškrobených šatů, šepot a smích dívčích hlasů a skrz naskrz probleskovalo něco modrého, stuhy, černé vlasy a veselé tváře. mírně otevřené dveře. Byla to Nataša se Sonyou a Petyou, kteří se přišli podívat, jestli je vzhůru.
- Nikolenko, vstávej! - Ve dveřích se znovu ozval Natašin hlas.
- Teď!
V té době Péťa v první místnosti, která viděla a popadla šavle a prožívala slast, kterou chlapci zažívají při pohledu na válečného staršího bratra, a zapomněla, že je neslušné, aby sestry viděly svlečené muže, otevřela dveře.
- To je tvoje šavle? - vykřikl. Dívky odskočily. Denisov s vyděšenýma očima schoval své chlupaté nohy do deky a ohlédl se na svého druha o pomoc. Dveře nechaly Péťu projít a znovu se zavřely. Za dveřmi se ozval smích.
"Nikolenko, pojď ven v županu," řekl Natašin hlas.
- To je tvoje šavle? - zeptal se Péťa, - nebo je tvůj? - Oslovil kníratého černého Denisova s ​​poslušnou úctou.
Rostov si spěšně nazul boty, oblékl si župan a vyšel ven. Natasha si obula jednu botu s ostruhou a vlezla do druhé. Sonya se točila a právě se chystala nafouknout šaty a posadit se, když vyšel ven. Obě měly na sobě stejné zbrusu nové modré šaty – svěží, růžové, veselé. Sonya utekla a Natasha vzala svého bratra za paži, odvedla ho k pohovce a začali konverzovat. Neměli čas se jeden druhého ptát a odpovídat na otázky o tisících maličkostí, které by mohly zajímat jen je samotné. Natasha se smála každému slovu, které řekl a které řekla, ne proto, že to, co řekli, bylo vtipné, ale proto, že se bavila a nedokázala potlačit svou radost, kterou vyjadřoval smích.
- Oh, jak dobré, skvělé! – vše odsoudila. Rostov cítil, jak pod vlivem žhavých paprsků lásky, poprvé po roce a půl, rozkvetl na jeho duši a tváři ten dětský úsměv, který se nikdy neusmál od doby, kdy odešel z domova.
"Ne, poslouchej," řekla, "jsi teď úplně muž?" Jsem strašně rád, že jsi můj bratr. “ Dotkla se jeho kníru. - Chci vědět, jací jste muži? Jsou jako my? Žádný?
- Proč Sonya utekla? - zeptal se Rostov.
- Ano. To je další celý příběh! Jak budete mluvit se Sonyou? ty nebo ty?

Petrohradská národní výzkumná univerzita informačních technologií, mechaniky a optiky

Fakulta fotoniky a optoinformatiky

Katedra počítačové fotoniky a videoinformatiky

v oboru Systémová teorie a systémová analýza

« ANALYTICKÝ PŘEHLED CHARAKTERISTICKÝCH VLASTNOSTÍ MODERNÍCH SOUČÁSTÍ ADAPTIVNÍCH OPTICKÝCH SYSTÉMŮ»

Student: Romanov I.E.

Skupina: 4352

Učitel: Gurov I.P.

Petrohrad

Úvod……………………………………………………………………………………………….2

Adaptivní optický systém………………………………………………………………3

Snímače vlnoplochy………………………………………………..………..5

Korektory Wavefront………………………………………..…..9

1) Segmentová zrcátka ...................................................... ........................ 10

2) Zrcadla s pevným povrchem………………………………...11

2.1) Bimorfní zrcadla………………………………………………………12

2.2) Membránová zrcadla………………………..………………………..14

3) MOEMS (křemíková technologie)………………………………………...14

Závěr………………………………………………………………………………………... 15

Reference………………………………………………………………... 16

Další zdroje informací………………………………………..17

Zavedení

Adaptivní optika (AO) je obor optiky, který se zabývá vývojem optických systémů s dynamickým řízením tvaru vlnoplochy pro kompenzaci náhodných poruch a zvýšení rozlišovacího limitu pozorovacích přístrojů, stupně koncentrace záření na přijímači nebo cíli. Adaptivní optika se začala intenzivně rozvíjet v 50. letech 20. století. v souvislosti s úkolem kompenzovat přední zkreslení způsobená atmosférickými turbulencemi a uložit hlavní omezení rozlišovací schopnosti pozemských dalekohledů. Později se k tomu přidaly problémy s vytvářením orbitálních dalekohledů a výkonných laserových zářičů, které jsou náchylné na jiné typy rušení.

Adaptivní optika nachází uplatnění v různých oblastech vědy a techniky. Například při konstrukci pozemních astronomických dalekohledů, v optických komunikačních systémech, v průmyslové laserové technice, v medicíně atd., kde umožňuje kompenzovat atmosférická zkreslení a aberace optických systémů včetně optických prvků. lidského oka.

Účelem této práce je studium adaptivních optických systémů a také provedení analytického přehledu charakteristik jejich součástí.

Adaptivní optický systém

Na možnost korekce zkreslení atmosférického obrazu pomocí deformovatelného zrcadla poprvé upozornil v roce 1953 americký astronom Horace H.W. Navrhl vytvoření přístroje, který by měřil dynamická atmosférická zkreslení v reálném čase a korigoval je pomocí rychle laditelných tvarově měnících optických prvků. Jeho nápady však v té době nebylo možné realizovat kvůli omezené technologii.

Hlavním problémem, který může být řešen systémem adaptivní optiky, je eliminace vlnoplochových poruch způsobených nekontrolovanými náhodnými vlivy. Mezi nejznámější systémy tohoto typu patří:

Pozemní dalekohledy, vzhledem k heterogenitě zemské atmosféry, je rozlišovací schopnost těchto systémů snížena.

Systémy pro tvarování a fokusaci laserového záření.

Laserové měřicí systémy pracující v atmosféře.

Optické systémy vysokovýkonných laserů.

Implementace adaptivních optických systémů je určena specifickým rozsahem problémů, které řeší. Obecné zásady pro konstrukci takových systémů jsou však stejné. Strukturálně se adaptivní optický systém obvykle skládá ze senzoru, který měří zkreslení (wavefront sensor), vlnoplochového korektoru a řídicího systému, který komunikuje mezi senzorem a korektorem. Obecné schéma návrhu adaptivní optiky je na Obr. 1.

Rýže. 1. Obecné schéma adaptivního optického systému

Wavefront senzory

Wavefront senzor (WFS) je jedním z prvků adaptivního systému pro korekci laserového záření. Jeho úkolem je změřit zakřivení čela vlny a tato měření přenést do zpracovatelského zařízení (obr. 2).

Rýže. 2. Obrázek zkreslené čela vlny získaný pomocí pole mikročoček.

Hlavní důvody zakřivení vlnoplochy jsou:

Atmosférická turbulence.

Neideální tvary optických prvků systému.

Chyby v nastavení systému atd.

Dnes existuje široká škála DVF. Nejběžnější je však založen na Shack-Hartmannově schématu (obr. 3.).

Rýže. 3. Typický obvod Hartmannova senzoru

Historie takového senzoru sahá až do 19. století, kdy se německý fyzik a astronom Johannes Franz Hartmann rozhodl pomocí mnoha malých otvorů sledovat cestu jednotlivých světelných paprsků velkým dalekohledem, což mu umožnilo kontrolovat kvalitu snímku. Později, v 60. letech 20. století, Roland Schuck a Ben Platt tuto technologii upravili nahrazením clon více čočkami (čočkový rastr).

Takový snímač se pro své přednosti nejčastěji používá v systémech korekce čela vlny. Jednou z hlavních výhod senzoru Shack-Hartmann je jeho schopnost měřit široký rozsah sklonů vlnoplochy, když zkreslení nelze měřit jinými metodami (například interference). Takový senzor lze použít k určení aberací v profilu nekolimovaného laserového paprsku. Kromě toho má nízkou citlivost na mechanické vibrace a může pracovat s vysoce výkonnými pulzy a trváním femtosekund.

Senzor typu Shack-Hartmann se skládá z pole mikročoček a fotodetektoru umístěného v jejich ohniskové rovině. Každá čočka obvykle měří 1 mm nebo méně. Čočky snímače rozdělují studovanou vlnoplochu na subapertury (aperturu jedné mikročočky), které tvoří sadu ohniskových bodů v ohniskové rovině. Poloha každého bodu závisí na místním sklonu čela vlny paprsku přicházejícího na vstup senzoru. Měřením příčných posunů ohniskových bodů je možné vypočítat průměrné úhly sklonu čela vlny v každém ze subapertur. Z těchto hodnot se vypočítá profil čela vlny přes celou aperturu snímače.

Rýže. 4. Princip činnosti vlnoplochého senzoru

Když je příchozí vlnoplocha plochá, všechny obrazy jsou uspořádány v pravidelné mřížce určené geometrií pole čoček. Jakmile je vlnoplocha zkreslena, obrazy jsou posunuty ze svých nominálních pozic. Posuny těžišť obrazu ve dvou ortogonálních směrech jsou úměrné průměrným sklonům čela vlny v těchto směrech podél dílčích apertur. Shack-Hartmann WF (Sh-H WF) tedy měří sklony čela vlny. Samotná vlnoplocha je rekonstruována (obnovena) z pole naměřených sklonů přesných na konstantu, což pro obraz nehraje roli.

Vlastnosti Shack-Harman DWF:

Amplituda měřených aberací je až 15 mikronů.

Přesnost měření - λ/100 (RMS).

Průměr vstupního záření je 8...100 mm.

Shack-Hartmann WEF však mají jednu významnou nevýhodu: přeslechy na maticích CCD. Vznikají, když dostatečně zkreslená vlnoplocha dopadne na matici, protože se silnými odchylkami může překročit hranice svého podpole a skončit na sousední matici. To vytváří falešné místo.

Ale dnes jsou chyby způsobené přeslechy eliminovány pomocí složitých algoritmů. Umožňují vám přesně sledovat a zobrazovat skutečnou polohu místa. Moderní vývoj algoritmů a přesnost výroby umožňují rozšířit rozsah použití těchto senzorů. Dnes našly uplatnění v různých systémech ověřování obrazu.

Korektory vlnoplochy

Adaptivní zrcadlo je výkonný aktivní prvek adaptivního optického systému, který má reflexní povrch s deformovatelným profilem. Deformovatelná zrcadla jsou nejvhodnějším nástrojem pro kontrolu vlnoplochy a korekci optických aberací.

Hlavní vlastnosti adaptivních zrcátek:

Rozsah pohybů (charakterizovaný citlivostí pohonu jako součásti zrcadla (obvykle se citlivost vyjadřuje pohybem povrchu v mikrometrech při zvýšení ovládacího napětí o 1 V)).

Oblast lokální deformace (odráží počet stupňů volnosti zrcadla (lze specifikovat efektivní šířkou deformace jednotkové amplitudy způsobené působením jednoho pohonu; funkce popisující tuto deformaci se nazývá funkce odezvy) ).

Šířka frekvenčního pásma (určená rychlostí použitého měniče (omezená výše mechanickými rezonancemi samotného provedení zrcadla)).

Strukturálně lze adaptivní zrcadla rozdělit do dvou velkých skupin:

1) Segmentová zrcátka.

2) Zrcadla s pevným povrchem.

U segmentových zrcadel umožňuje každá jednotlivá sekce její pohyb a naklápění (nebo jen pohyb). Pevné zrcadlo pod vlivem speciálních pohonů prochází složitými deformacemi.

Výběr jednoho nebo druhého designu je určen specifiky systému, ve kterém bude použit. Mezi hlavní faktory, které se v tomto případě berou v úvahu, patří celková velikost, hmotnost a kvalita zrcadlového povrchu.

Segmentovaná zrcátka

Segmentová zrcadla se skládají z jednotlivých, nezávislých segmentů plochých zrcadel. Každý segment lze posunout o krátkou vzdálenost a zpět a upravit tak průměrnou hodnotu čela vlny.

Sekční adaptivní zrcadla s translačním pohybem sekcí (obr. 5, a) umožňují měnit pouze dočasné fázové vztahy mezi signály z jednotlivých sekcí (délka optické dráhy), a zrcadly s pohybem a náklonem sekcí (obr. 5 , b) umožňují i ​​prostorovou fázi .

Rýže. 5. Dělená adaptivní zrcadla: a) s translačním pohybem sekcí, b) s pohybem a nakláněním sekcí

Významnými nevýhodami dělených zrcadel je nutnost kontrolovat polohu samostatné části a stav jejího povrchu a také složitost implementace systému tepelné stabilizace takových zrcadel.

1) Počet aktorů - 100 – 1500.

2) Mezery mezi pohony jsou 2-10 mm.

3) Tvar elektrod je obdélníkový nebo šestiúhelníkový.

5) Amplituda pohybu je několik mikronů.

6) Rezonanční frekvence - několik kilohertzů.

7) Cena - vysoká.

Pevná zrcadla

Na přední ploše tenké deformovatelné membrány jsou vytvořena zrcadla s diskrétními pohony (obr. 6.). Tvar desky je řízen řadou samostatných ovladačů, které jsou připevněny k její zadní stěně. Tvar zrcadla závisí na kombinaci sil působících na přední panel, okrajových podmínkách (jak je deska připevněna k zrcadlu) a geometrii a materiálu desky.

Tato zrcadla umožňují plynulé nastavení čela vlny s velmi velkým počtem (až několik tisíc) stupňů volnosti.

Rýže. 6. Schéma zrcadla s diskrétními jednotkami.

Bimorfní zrcadla

Bimorfní zrcadlo (obr. 7.) se skládá ze dvou piezoelektrických destiček, které jsou spojeny dohromady a polarizovány v opačných směrech (rovnoběžně s osami). Mezi těmito deskami je pole elektrod. Přední a zadní plochy jsou uzemněné. Přední strana zrcadla slouží jako odrazná plocha.

Obr.7. Schéma bimorfního zrcadla.

V okamžiku, kdy je na elektrodu přivedeno napětí, je jedna z desek stlačena a protější natažena, což vede k místnímu zakřivení. Místní zakřivení zrcadla je úměrné použitému napětí, proto se tato deformovatelná zrcadla také nazývají zakřivená zrcadla.

Typické parametry segmentovaných deformovatelných zrcadel:

1) Počet aktorů – 18 - 35

2) Mezery mezi pohony jsou 30-200 mm.

3) Tvar elektrod je radiální.

5) Rezonanční frekvence – více než 500 Hz.

6) Cena - mírná.

Membránová zrcátka.

Deformace membrány těchto zrcadel je dosažena působením magnetického pole. Přímo naproti solenoidům je k membráně připevněna sada magnetů. Při průchodu proudu solenoidy vznikají Laplaceovy síly, které deformují membránu.

MOEMS (silikonová technologie)

MOEMS (obr. 8.) - mikro-opto-elektro-mechanické systémy. Taková adaptivní zrcadla se vyrábějí pomocí mikrolitografie, jako elektronické čipy, vychylování malých zrcadlových prvků se provádí elektrostatickými silami. Nevýhodou MOEMS jsou nedostatečné pohyby a malá velikost zrcadlových prvků.

Obr.8. Princip činnosti zrcadla MOEMS

Dalším způsobem řízení fáze světla je použití tekutých krystalů jako u monitorů, které mají až milion řiditelných prvků. Až donedávna byly tekuté krystaly velmi pomalé, ale toto omezení bylo nyní překonáno. I když fázový posun zavedený tekutými krystaly zůstává velmi malý a navíc bychom neměli zapomínat, že závisí na vlnové délce.

Závěr

Po prostudování struktury a vlastností komponent adaptivních optických systémů v průběhu této práce můžeme konstatovat, že vývoj nových typů komponent AOS nekončí. Nový vývoj v oblasti fotoniky a optických materiálů umožňuje vytvářet pokročilejší adaptivní systémové komponenty s lepším výkonem než jejich předchůdci.

Reference:

Wirth A., Gonsirovsky T. Adaptivní optika: přizpůsobení atmosférické turbulenci // Fotnika, 2007, číslo 6, s. 10 – 15.

Berchenko E.A., Kalinin Yu.A., Kiselev V.Yu., Polynkin M.A. Wavefront sensors // Laser-optické systémy a technologie, 2009, s. 64–69.

A.G. Aleksandrov, V.E. Zavalová, A.V. Kudrjašov, A.L. Rukosuev, P.N., 2010, 40 (4), 321–326.

Romanov, V.V. Samarkin, Yu.V. Sheldakova, "Shack - Hartmann wavefront senzor pro měření parametrů vysoce výkonných pulzních pevnolátkových laserů",

KVANTOVÝ ELEKTRON

Alikhanov A.N., Berchenko E.A., Kiselev V.Yu., Kuleshov V.N., Kurchanov M.S., Narusbek E.A., Otsechkin A.G., Prilepsky B.V., Son V. .G., Filatov A.S., Deformovatelná zrcadla pro výkonové a informační laserové systémy Laser //Laser-optical systémy a technologie, FSUE "NPO ASTROPHYSICS", M., 2009, s. 54–58

Vorontsov M.A., Shmalgauzen V.I., Principy adaptivní optiky, //Moskva, Science, (1985), str. 336.

Vorontsov M.A., Koryabin A.V., Shmalgauzen V.I., Řízené optické systémy.

//Moskva, Science, (1988), str. 275.

Wikipedie: https://en.wikipedia.org/wiki/Adaptive_optics

Astronet: http://www.astronet.ru/db/msg/1205112/part2/dm.html#SEC2.2

ADAPTIVNÍ OPTIKA, obor optiky, který se zabývá vývojem metod a prostředků pro řízení tvaru vlnoplochy (WF) za účelem eliminace zkreslení (aberací), které vznikají při šíření světelného paprsku v opticky nehomogenním prostředí (např. turbulentní atmosféra) nebo v důsledku nedokonalostí prvků optického systému.

Účelem adaptivní korekce je zvýšit rozlišovací schopnost optických přístrojů, zvýšit koncentraci záření na přijímači, dosáhnout co nejostřejšího zaostření světelného paprsku na cíl nebo získat dané rozložení intenzity záření. O možnosti využití aktivních metod v optice se začalo hovořit již od počátku 50. let v souvislosti s problémem zvyšování rozlišovací schopnosti pozemských dalekohledů, avšak intenzivní rozvoj adaptivní optiky začal až po vytvoření poměrně účinných korektorů (řízených zrcadel). a WF metry (senzory). Nejjednodušší adaptivní systém obsahuje jedno ploché zrcadlo, jehož sklon lze měnit, čímž se eliminuje „chvění“ obrazu při pozorování v turbulentní atmosféře. Složitější systémy používají korektory s velkým počtem stupňů volnosti pro kompenzaci aberací vyšších řádů. Typické schéma organizace řízení v adaptivním systému (obr.) je postaveno na principu zpětné vazby. Za korektorem se část světelného toku větví a jde na WF senzor, kde se měří zbytkové aberace. Tato informace se používá ke generování signálů v řídicí jednotce, které ovlivňují korektor a snižují zbytkové aberace. Stávají se minimálními a kvalita obrazu se zlepšuje.

Existují systémy, které nevyžadují použití VF senzorů. V tomto případě se minimalizace zkreslení provádí záměrným zavedením zkušebních poruch do WF (metoda aperture probing). Poté je v řídicí jednotce analyzován vliv zkušebních poruch na kvalitu provozu systému, načež jsou generovány řídicí signály, které optimalizují WF. Systémy snímání clony vyžadují hodně času na nastavení korektoru, protože proces se několikrát opakuje, aby se znatelně snížilo zkreslení.

Účinnost adaptivního optického systému je do značné míry dána dokonalostí použitého korektoru. Nejprve byla používána především kompozitní (segmentovaná) zrcadla skládající se z několika segmentů, které bylo možné vzájemně posouvat pomocí piezoelektrických aktuátorů nebo jiným způsobem. Následně se rozšířila flexibilní („membránová“) zrcadla s plynule deformovatelným povrchem. Na začátku 21. století se technika korekce VF výrazně zlepšila. Kromě řízených zrcadel různých typů se používají modulátory fázových kapalných krystalů, které mohou pracovat jak pro odraz (jako zrcadla), tak pro přenos. Řada konstrukcí umožňuje jejich miniaturizaci a vytvoření zařízení integrovaných do jednoho celku s řídicí elektronikou, což umožňuje vytvářet kompaktní a relativně levné adaptivní systémy. I přes vývoj fázových korektorů nové generace si však tradiční flexibilní zrcadla zachovávají svůj význam díky nízkým ztrátám světelného toku a relativně jednoduché konstrukci. V laserových systémech se také používají nelineární metody korekce optického zkreslení založené na jevu převrácení čela vlny. Tento přístup se někdy nazývá nelineární adaptivní optika.

Lit.: Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Principy adaptivní optiky. M., 1985; Taranenko V. G., Shanin O. I. Adaptivní optika. M., 1990; Lukin V.P., Fortes B.V. Adaptivní formování paprsků a obrazů v atmosféře. Novosibirsk, 1999.

V. I. Shmalgauzen.

V heterogenním prostředí pomocí řízených optických prvků. Hlavními úkoly adaptivní optiky je zvyšování limitu rozlišení pozorovacích přístrojů, koncentrace optického záření na přijímač nebo cíl atd.

Adaptivní optika se používá při konstrukci pozemních astronomických dalekohledů, v optických komunikačních systémech, v průmyslové laserové technice, v oftalmologii atd., kde umožňuje kompenzovat atmosférická zkreslení a aberace optických systémů, včetně optických prvky lidského oka.

Encyklopedický YouTube

• 1 / 5

  Strukturálně se adaptivní optický systém obvykle skládá ze senzoru, který měří zkreslení (wavefront sensor), vlnoplochového korektoru a řídicího systému, který komunikuje mezi senzorem a korektorem.

  Wavefront senzory

  Existuje celá řada metod, které umožňují jak kvalitativní hodnocení, tak kvantitativní měření profilu vlnoplochy. Nejoblíbenějšími snímači jsou v současnosti interferenční typ a typ Shack-Hartmann.

  Činnost interferenčních senzorů je založena na koherentním sčítání dvou světelných vln a vytvoření interferenčního obrazce s intenzitou závislou na měřené vlnoplobě. V tomto případě lze vlnu získanou ze zkoumaného záření prostorovou filtrací použít jako druhou (referenční) světelnou vlnu.

  Senzor typu Shack-Hartmann se skládá z pole mikročoček a fotodetektoru umístěného v jejich ohniskové rovině. Každá čočka obvykle měří 1 mm nebo méně. Čočky snímače rozdělují studovanou vlnoplochu na subapertury (aperturu jedné mikročočky), které tvoří sadu ohniskových bodů v ohniskové rovině. Poloha každého bodu závisí na místním sklonu čela vlny paprsku přicházejícího na vstup senzoru. Měřením příčných posunů ohniskových bodů je možné vypočítat průměrné úhly sklonu čela vlny v každé z dílčích apertur. Z těchto hodnot se vypočítá profil čela vlny přes celou aperturu snímače.

  Korektory vlnoplochy

  Adaptivní (deformovatelné) zrcátko (Angličtina) je nejoblíbenějším nástrojem pro ovládání vlnoplochy a korekci optické aberace. Myšlenku korekce vlnoplochy pomocí kompozitního zrcadla navrhl V.P. Linnik v roce 1957. Možnost vytvoření takového systému se objevila od poloviny 90. let v souvislosti s rozvojem technologií a možností přesného počítačového řízení a sledování.

  Rozšířila se zejména unimorfní (semi-pasivní-bimorfní) zrcadla. Takové zrcadlo se skládá z tenké desky z piezoelektrického materiálu, na které jsou speciálním způsobem uspořádány elektrody. Deska je připevněna k substrátu, na jehož přední ploše je vytvořena optická plocha. Při přivedení napětí na elektrody se piezoelektrická deska smrští (nebo roztáhne), což způsobí ohnutí optického povrchu zrcadla. Speciální prostorové uspořádání elektrod umožňuje tvorbu složitých povrchových reliéfů.

  Rychlost ovládání tvaru adaptivního zrcadla umožňuje jeho využití pro kompenzaci dynamických aberací v reálném čase.

  V astronomických aplikacích vyžadují systémy adaptivní optiky referenční zdroj, který by sloužil jako standard jasu pro korekci zkreslení způsobených atmosférickou turbulencí, a měl by být umístěn v dostatečně blízké úhlové vzdálenosti od studované oblasti oblohy. Některé systémy používají jako takový zdroj „umělou hvězdu“, vytvořenou excitací atomů sodíku ve výšce 90 km nad povrchem Země pomocí pozemního laseru.