Osa koostasid Nikolai Nosyrev ja Oleg Vilkov

Adaptiivne optika(AO) - optika haru, mis arendab lainefrondi kuju dünaamilise juhtimisega optilisi süsteeme, et kompenseerida juhuslikke häireid ja suurendada vaatlusseadmete eraldusvõime piiri, kiirguse kontsentratsiooni astet vastuvõtjas või sihtmärgis.

Peamine probleem, mida adaptiivne optikasüsteem saab lahendada, on kõrvaldada kontrollimatutest juhuslikest mõjudest põhjustatud lainefrondi häired. Kõige kuulsamad seda tüüpi süsteemid on järgmised:

maapealsete teleskoopide puhul on maa atmosfääri ebaühtluse tõttu nende süsteemide eraldusvõime vähenenud

süsteemid laserkiirguse moodustamiseks ja fokuseerimiseks

atmosfääris töötavad lasermõõtesüsteemid

· suure võimsusega laserite optilised süsteemid.

Adaptiivsete optiliste süsteemide rakendamise määrab konkreetne ülesannete hulk, mida see lahendab. Üldised põhimõtted selliste süsteemide ehitamisel on aga samad.

On väljamineva lainega süsteeme, mille puhul korrigeeritakse valgusallika lainefrondit, ja vastuvõetud lainega süsteeme, milles korrigeeritakse vaadeldavalt objektilt tulevat valgusvälja. Omakorda saab neid mõlemaid rakendada faasikonjugatsiooni ja ava helindamise põhimõtetel.

Faasikonjugatsioonisüsteemis peegeldub valguskiir objekti (sihtmärgi) väikeselt alalt, moodustades sfäärilise laine, mis liigub mööda valguse levimise teed tagasi ja läbib samasuguseid moonutusi kui kiirgav laine. Sissetulev peegeldunud laine siseneb lainefrondi andurisse, kus rajal tuvastatakse moonutused. Andmetöötlusseade arvutab välja vajaliku lainefrondi korrektsiooni, mille teostab lainefrondi mõjutamise seade.

Ava sondeerimise põhimõte põhineb võimalusel viia lainefrondisse testhäireid, mis muundatakse signaali amplituudhäireteks. Analüüsides sihtmärgilt peegelduva valguse intensiivsuse muutusi, teevad nad järelduse faasimuutuse märgi kohta ja deformeerivad lainefrondit, kuni objektile keskendumine on optimeeritud.

Vastuvõetud lainega süsteemid töötavad sarnaselt. Faasikonjugatsioonisüsteemides suunatakse osa moonutatud lainefrondiga vastuvõetud valgusest lainefrondi andurile. Vastuvõetud teavet kasutatakse vastuvõetud lainefrondile kompenseeriva efekti loomiseks. Selle tulemusena moodustub vastuvõtjas ideaalis ainult difraktsiooniga piiratud kujutis.

Avaga sondeerimissüsteemides sisestatakse vastuvõetud lainefrondisse proovihäired ja nende mõju hinnatakse pilditasapinnale paigutatud vastuvõtja abil.

vaatlusseadmed, optilise kiirguse kontsentratsioon vastuvõtjal või sihtmärgil jne.

Adaptiivne optika leiab rakendust maapealsete astronoomiliste teleskoopide projekteerimisel, optilistes sidesüsteemides, tööstuslikus lasertehnoloogias, oftalmoloogias jne, kus see võimaldab vastavalt kompenseerida atmosfäärimoonutusi, optiliste süsteemide aberratsioone, sealhulgas inimsilma optilised elemendid.

Adaptiivne optiline süsteem

Struktuuriliselt koosneb adaptiivne optiline süsteem tavaliselt andurist, mis mõõdab moonutusi (lainefrondi andur), lainefrondi korrektorist ja juhtsüsteemist, mis teostab ühenduse anduri ja korrektori vahel.

Lainefrondi andurid

On erinevaid meetodeid, mis võimaldavad nii kvalitatiivset hindamist kui ka kvantitatiivset lainefrondi profiili mõõtmist. Kõige populaarsemad on praegu interferentsi tüüpi ja Shack-Hartmanni tüüpi andurid.

Häireandurite toime põhineb kahe valguslaine koherentsel liitmisel ja mõõdetud lainefrondist sõltuva intensiivsusega interferentsi mustri moodustamisel. Sel juhul saab teise (referents)valguselainena kasutada uuritavast kiirgusest ruumilise filtreerimisega saadud lainet.

Shack-Hartmanni tüüpi andur koosneb mikroläätsede massiivist ja nende fookustasandil asuvast fotodetektorist. Iga objektiiv on tavaliselt 1 mm või väiksem. Andurläätsed jagavad uuritava lainefrondi alamavadeks (ühe mikroläätse ava), moodustades fookustasandil fookuspunktide komplekti. Iga täpi asukoht sõltub anduri sisendisse saabunud kiire lainefrondi kohalikust kaldest. Mõõtes fookuspunktide põiksuunalisi nihkeid, saab arvutada lainefrondi keskmised kaldenurgad igas alamavas. Neid väärtusi kasutatakse lainefrondi profiili arvutamiseks kogu anduri ava ulatuses.

Lainefrondi korrektorid

Kohanduv (deformeeruv) peegel ( Inglise) on kõige populaarsem tööriist lainefrondi juhtimiseks ja optilise aberratsiooni korrigeerimiseks. Lainefrondi korrigeerimise idee liitpeegli abil pakkus välja V. P. Linnik 1957 . Sellise süsteemi loomise võimalus on ilmnenud alates 1990. aastate keskpaigast seoses tehnoloogia arenguga ning arvuti täpse juhtimise ja jälgimise võimalusega.

Eelkõige kasutatakse laialdaselt unimorfseid (poolpassiiv-bimorfseid) peegleid. Selline peegel koosneb õhukesest piesoelektrilisest materjalist plaadist, millele on erilisel viisil paigutatud elektroodid. Plaat kinnitatakse aluspinnale, mille esipinnale moodustatakse optiline pind. Kui elektroodidele rakendatakse pinget, tõmbub (või paisub) piesoelektriline plaat, mis põhjustab peegli optilise pinna paindumist. Elektroodide spetsiaalne ruumiline paigutus võimaldab moodustada keerukaid pinnareljeefid.

Adaptiivse peegli kuju reguleerimise kiirus võimaldab seda kasutada dünaamiliste aberratsioonide reaalajas kompenseerimiseks.

Astronoomilistes rakendustes vajavad adaptiivsed optikasüsteemid võrdlusallikat, mis toimiks heleduse standardina atmosfääri turbulentsist põhjustatud moonutuste korrigeerimiseks, ja see peaks asuma uuritavast taevapiirkonnast piisavalt lähedal. Mõnes süsteemis kasutatakse sellise allikana "tehistähte", mis tekib maapealse laseriga 90 km kõrgusel Maa pinnast ergastavate naatriumiaatomite ergastamisel.

Vaata ka

Kirjutage ülevaade artiklist "Adaptiivne optika"

Märkmed

Kirjandus

• Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Adaptiivse optika põhimõtted. - M .: Nauka, 1985.
• Vorontsov M. A., Koryabin A. V., Shmalgauzen V. I. Juhitavad optilised süsteemid. - M .: Nauka, 1988.

Lingid

Adaptiivset optikat iseloomustav väljavõte

Sonja, Nataša, Petja, Anna Mihhailovna, Vera, vana krahv, embasid teda; ning inimesed ja teenijad, olles toad täitnud, mõistsid süüdi ja ahhetasid.
Petya rippus jalgadel. - Ja siis mina! ta hüüdis. Nataša suudles teda enda poole kummardades kogu tema nägu, hüppas temast eemale ja hoides kinni tema ungari keele põrandast, hüppas nagu kits ühes kohas ja kiljatas läbitungivalt.
Igalt poolt olid pisaratest säravad rõõmupisarad, armastavad silmad, igalt poolt olid huuled, mis otsisid suudlust.
Sonya, punane kui punane, hoidis samuti tema käest kinni ja säras kõikjalt tema silmadele suunatud õndsas ilmes, mida ta ootas. Sonya oli juba 16-aastane ja ta oli väga ilus, eriti sellel rõõmsal ja entusiastlikul animatsioonil. Ta vaatas teda, ei võtnud silmi maha, naeratas ja hoidis hinge kinni. Ta vaatas teda tänulikult; aga ikka ootan ja otsin kedagi. Vana krahvinna pole veel välja tulnud. Ja siis kostsid ukselt sammud. Sammud on nii kiired, et need ei saanud olla tema ema omad.
Kuid see oli tema uues, talle võõras kleidis, mis oli õmmeldud ilma temata. Kõik lahkusid temast ja ta jooksis tema juurde. Kui nad kokku tulid, kukkus naine nuttes talle rinnale. Ta ei suutnud oma nägu tõsta ja surus teda ainult tema Ungari mantli külmade paelte vastu. Denisov, keda keegi ei märganud, astus tuppa, seisis sealsamas ja hõõrus neile otsa vaadates silmi.
"Vassili Denissov, teie poja sõber," ütles ta ja tutvustas end krahvile, kes talle küsivalt otsa vaatas.
- Tere tulemast. Ma tean, ma tean,” ütles krahv Denisovit musitades ja kallistades. - Nikolushka kirjutas ... Nataša, Vera, siin ta on Denisov.
Samad rõõmsad entusiastlikud näod pöördusid Denisovi karva kuju poole ja ümbritsesid teda.
- Mu kallis, Denisov! - Nataša kiljus mõnuga kõrval, hüppas tema juurde, kallistas ja suudles teda. Kõigil oli Nataša teo pärast piinlik. Denisov punastas samuti, kuid naeratas ja võttis Nataša käest ja suudles seda.
Denisov viidi tema jaoks ettevalmistatud tuppa ja Rostovid kogunesid kõik Nikoluška lähedale diivanile.
Vana krahvinna, laskmata lahti tema kätt, mida ta iga minut suudles, istus tema kõrvale; ülejäänud, kes nende ümber tunglesid, püüdsid kinni igast tema liigutusest, sõnast, pilgust ega võtnud entusiastliku armastusega silmi temalt ära. Vend ja õed vaidlesid ja püüdsid teineteisest talle lähemal asuvaid kohti ning kaklesid, kes toob talle teed, taskurätiku, piibu.
Rostov oli talle näidatud armastuse üle väga rahul; aga tema kohtumise esimene minut oli nii õnnis, et talle tundus, et tema praegusest õnnest ei piisa ning ta ootas muudkui midagi enamat, veel ja veel.
Järgmisel hommikul magasid külastajad teelt väljas kella kümneni.
Eelmises toas lebasid mõõgad, kotid, kärud, lahtised kohvrid, räpased saapad. Puhastatud kaks kannupaari olid just vastu seina pandud. Teenindajad tõid pesualuseid, kuuma vett habemeajamiseks ja pestud kleidid. See lõhnas tubaka ja meeste järele.
- Hei, G "lits, t" ubku! hüüdis Vaska Denisovi kähe hääl. - Rostov, tõuse üles!
Rostov, hõõrudes oma kokkukleepunud silmi, tõstis oma sassis pea kuumalt padjalt.
- Mis on hilja? "Kell on hilja, 10," kostis Nataša hääl ja kõrvaltoas kostis tärgeldatud kleitide kahinat, tüdrukulike häälte sosinat ja naeru ning läbi kergelt paistis midagi sinist, paelad, mustad juuksed ja rõõmsad näod. avatud uks. See oli Nataša koos Sonya ja Petyaga, kes tulid vaatama, kas ta tõuseb üles.
- Nicholas, tõuse üles! Nataša häält kuuldus taas uksel.
- Nüüd!
Sel ajal avas Petya esimeses toas ukse, nähes ja haarates mõõke ning kogedes rõõmu, mida poisid kogevad sõjaka vanema venna nähes, ning unustades, et õdedel on rõve näha lahti riietamata mehi.
- Kas see on sinu mõõk? ta hüüdis. Tüdrukud hüppasid tagasi. Hirmunud silmadega Denisov peitis oma karvased jalad teki sisse ja vaatas seltsimehe poole abi saamiseks ringi. Uks lasi Petya läbi ja sulgus uuesti. Ukse taga kostis naer.
- Nikolenka, tule hommikumantlis välja, - ütles Nataša hääl.
- Kas see on sinu mõõk? Petya küsis: "Või on see sinu oma?" - pöördus ta kohmetu austusega vuntsidega musta Denisovi poole.
Rostov pani kähku kingad jalga, hommikumantli selga ja läks välja. Nataša pani ühe kannusega saapa jalga ja ronis teise. Sonya keerles ja tahtis lihtsalt oma kleiti täis puhuda ja maha istuda, kui ta välja tuli. Mõlemad olid ühes, uhiuues, sinises kleidis – värsked, punakad, rõõmsad. Sonya jooksis minema ja Nataša, võttes oma venna käest, viis ta diivaniruumi ja nad hakkasid rääkima. Neil ei olnud aega üksteiselt küsida ja vastata küsimustele tuhandete pisiasjade kohta, mis võiksid ainult neid üksi huvitada. Nataša naeris iga sõna peale, mida ta ütles ja mida ta ütles, mitte sellepärast, et see, mida nad ütlesid, oli naljakas, vaid sellepärast, et tal oli lõbus ja ta ei suutnud oma naerus väljendatud rõõmu tagasi hoida.
- Oh, kui hea, suurepärane! ütles ta kõigele. Rostov tundis, kuidas armastuse kuumade kiirte mõjul esimest korda pooleteise aasta jooksul puhkes tema hingele ja näole see lapselik naeratus, mida ta polnud pärast kodust lahkumist kordagi naeratanud.
"Ei, kuule," ütles ta, "kas sa oled nüüd päris mees? Mul on kohutavalt hea meel, et sa oled mu vend. Ta puudutas tema vuntse. - Ma tahan teada, mis mehed te olete? Kas nad on nagu meie? Mitte?
Miks Sonya põgenes? küsis Rostov.
- Jah. See on kogu lugu! Kuidas sa Sonyaga räägid? Sina või sina?

Peterburi riiklik infotehnoloogia, mehaanika ja optika teadusülikool

Fotoonika ja optoinformaatika teaduskond

Arvutifotoonika ja videoinformaatika osakond

süsteemiteooria ja süsteemianalüüsi distsipliinis

« ADAPTIIVSETE OPTIKASÜSTEEMIDE KAASAEGSETE KOMPONENTIDE OMADUSTE ANALÜÜTILINE ÜLEVAADE»

Õpilane: Romanov I.E.

Rühm: 4352

Lektor: Gurov I.P.

Peterburi

Sissejuhatus …………………………………………………………………………….2

Adaptiivne optiline süsteem……………………………………………………………………………………………………………

Lainefrondi andurid ………………………………………………..………..5

Lainefrondi korrektorid………………………………………….………..9

1) Segmenteeritud peeglid ……………………………………………………………………….. ..............10

2) Tahke pinnaga peeglid……………………………………11

2.1) Bimorfsed peeglid…………………………………………………………………..

2.2) Membraanpeeglid……………………………………………….14

3) MOEMS (ränitehnoloogia)………………..……………………14

Järeldus……………………………………………………………

Viited …………………………………………………………………16

Täiendavad teabeallikad………………………………… ..17

Sissejuhatus

Adaptiivne optika (AO) on optika haru, mis tegeleb lainefrondi kuju dünaamilise juhtimisega optiliste süsteemide arendamisega, et kompenseerida juhuslikke häireid ja suurendada vaatlusseadmete eraldusvõime piiri, kiirguse kontsentratsiooni astet vastuvõtjas või sihtmärgis. Adaptiivne optika hakkas intensiivselt arenema 1950. aastatel. seoses atmosfääri turbulentsist põhjustatud frondimoonutuste kompenseerimise probleemiga, mis seavad peamise piirangu maapealsete teleskoopide eraldusvõimele. Hiljem lisandusid sellele ka muud tüüpi häiretele alluvate orbitaalteleskoopide ja võimsate laserkiirgurite loomise probleemid.

Adaptiivne optika leiab rakendust erinevates teaduse ja tehnoloogia valdkondades. Näiteks maapealsete astronoomiliste teleskoopide projekteerimisel, optilistes sidesüsteemides, tööstuslikus lasertehnoloogias, meditsiinis jne, kus see võimaldab vastavalt kompenseerida atmosfääri moonutusi, optiliste süsteemide, sealhulgas optiliste elementide aberratsioone. inimese silm.

Käesoleva töö eesmärk on uurida adaptiivseid optilisi süsteeme, samuti viia läbi nende komponentide omaduste analüütiline ülevaade.

Adaptiivne optiline süsteem

Esimest korda juhtis võimalusele korrigeerida kujutise atmosfäärimoonutusi deformeeritava peegli abil 1953. aastal Ameerika astronoom Horace Babcock H.W. Ta tegi ettepaneku luua instrument, mis mõõdaks reaalajas dünaamilisi atmosfäärimoonutusi ja korrigeeriks neid kiiresti häälestatavate kuju muutvate optiliste elementide abil. Tema ideid ei olnud aga toona võimalik piiratud tehnoloogia tõttu realiseerida.

Peamine probleem, mida adaptiivne optikasüsteem saab lahendada, on kõrvaldada kontrollimatutest juhuslikest mõjudest põhjustatud lainefrondi häired. Kõige kuulsamad seda tüüpi süsteemid on järgmised:

Maapealsed teleskoobid on Maa atmosfääri ebaühtluse tõttu nende süsteemide eraldusvõime vähenenud.

Süsteemid laserkiirguse moodustamiseks ja fokuseerimiseks.

Atmosfääris töötavad lasermõõtesüsteemid.

Suure võimsusega laserite optilised süsteemid.

Adaptiivsete optiliste süsteemide rakendamise määrab konkreetne ülesannete hulk, mida see lahendab. Üldised põhimõtted selliste süsteemide ehitamisel on aga samad. Struktuuriliselt koosneb adaptiivne optiline süsteem tavaliselt andurist, mis mõõdab moonutusi (lainefrondi andur), lainefrondi korrektorist ja juhtsüsteemist, mis teostab ühenduse anduri ja korrektori vahel. Adaptiivse optilise skeemi üldskeem on näidatud joonisel fig. üks..

Riis. üks. Adaptiivse optilise süsteemi üldskeem

Lainefrondi andurid

Lainefrondi andur (WFS) on adaptiivse laserkiirguse korrektsioonisüsteemi üks elemente. Selle ülesandeks on mõõta lainefrondi kumerust ja edastada need mõõtmised töötlemisseadmesse (joonis 2).

Riis. 2. Moonutatud lainefrondi kujutis, mis on saadud mikroläätsede massiivi abil.

Lainefrondi kõveruse peamised põhjused on:

Atmosfääri turbulents.

Süsteemi optiliste elementide mitteideaalsed kujud.

Vead süsteemi reguleerimisel jne.

Tänapäeval on palju erinevaid vee raamdirektiive. Kõige levinum on aga Shack-Hartmanni skeemil (joonis 3.).

Riis. 3. Hartmanni anduri tüüpiline skeem

Sellise sensori ajalugu sai alguse 1900. aastatel, kui saksa füüsik ja astronoom Johannes Franz Hartmann otsustas kasutada palju väikeseid avasid, et jälgida üksikute valguskiirte teekonda läbi suure teleskoobi, mis võimaldas tal kontrollida pildikvaliteeti. Hiljem, 1960. aastatel, muutsid Roland Shack ja Ben Platt seda tehnoloogiat, asendades avad mitme objektiiviga (läätsekujuline massiiv).

Sellist andurit kasutatakse selle eeliste tõttu kõige sagedamini lainefrondi korrigeerimise süsteemides. Shack-Hartmanni anduri üks peamisi eeliseid on selle võime mõõta laia lainefrondi kaldevahemikku, kui moonutusi ei saa mõõta muude meetoditega (näiteks häired). Sellise anduri abil saab määrata kollimeerimata laserkiire profiili aberratsioone. Lisaks on sellel madal tundlikkus mehaaniliste vibratsioonide suhtes ning see võib töötada suure võimsusega impulsside ja femtosekundi kestusega.

Shack-Hartmanni tüüpi andur koosneb mikroläätsede massiivist ja nende fookustasandil asuvast fotodetektorist. Iga objektiiv on tavaliselt 1 mm või väiksem. Andurläätsed jagavad uuritava lainefrondi alamavadeks (ühe mikroläätse ava), moodustades fookustasandil fookuspunktide komplekti. Iga täpi asukoht sõltub anduri sisendisse saabunud kiire lainefrondi kohalikust kaldest. Mõõtes fookuspunktide põiksuunalisi nihkeid, saab arvutada lainefrondi keskmised kaldenurgad igas alamavas. Neid väärtusi kasutatakse lainefrondi profiili arvutamiseks kogu anduri ava ulatuses.

Riis. 4. Lainefrondi anduri tööpõhimõte

Kui sissetulev lainefront on tasane, paigutatakse kõik kujutised õigesse ruudustikusse, mille määrab objektiivi massiivi geomeetria. Niipea, kui lainefront on moonutatud, nihutatakse kujutised nende nimiasenditest. Kujutise tsentroidide nihked kahes ortogonaalses suunas on võrdelised lainefrondi keskmiste kaldega nendes suundades piki alamavasid. Seega mõõdab Shack-Hartmanni WFS (SH-H WFS) lainefrondi kaldeid. Lainefront ise rekonstrueeritakse (taastatakse) mõõdetud kallete massiivist kuni konstantini, mis ei mängi pildi jaoks rolli.

DWF Shack-Garmani omadused:

Mõõdetud aberratsioonide amplituud on kuni 15 µm.

Mõõtmistäpsus - λ/100 (RMS).

Sisendkiirguse läbimõõt - 8...100 mm.

Shack-Hartmanni WFS-il on aga üks oluline puudus: CCD massiivide läbirääkimine. Need tekivad siis, kui maatriksile langeb piisavalt tugevalt moonutatud lainefront, kuna tugevate kõrvalekallete korral võib see väljuda oma alamribast ja langeda naabermaatriksile. Seega tekib valelaik.

Kuid tänapäeval kõrvaldatakse läbirääkimisest tingitud vead keerukate algoritmide abil. Need võimaldavad teil täpselt jälgida ja kuvada koha tegelikku asukohta. Algoritmide kaasaegne areng ja tootmistäpsus võimaldavad nende andurite ulatust laiendada. Tänaseks on nad leidnud rakendust erinevates pildikontrollisüsteemides.

Lainefrondi korrektorid

Adaptiivne peegel on adaptiivse optilise süsteemi täidesaatev aktiivne element, millel on deformeeritava profiiliga peegeldav pind. Deformeeruvad peeglid on kõige mugavam tööriist lainefrondi juhtimiseks ja optiliste aberratsioonide korrigeerimiseks.

Adaptiivsete peeglite peamised omadused:

Liikumisvahemik (iseloomustab ajami tundlikkus peeglis (tavaliselt väljendatakse tundlikkust pinna liikumistes mikromeetrites koos juhtpinge suurenemisega 1 V võrra)).

Lokaalse deformatsiooni pindala (peegeldab peegli vabadusastmete arvu (saab anda ühe ajami toimest põhjustatud amplituudiühiku deformatsiooni efektiivse laiusega; seda deformatsiooni kirjeldavat funktsiooni nimetatakse reageerimisfunktsiooniks )).

Sagedusribalaius (määratakse kasutatava ajami kiirusega (piiratud ülalt peegli konstruktsiooni mehaaniliste resonantsidega)).

Struktuuriliselt võib adaptiivsed peeglid jagada kahte suurde rühma:

1) Segmenteeritud peeglid.

2) Pideva pinnaga peeglid.

Segmenteeritud peeglites võimaldab iga sektsioon oma liikumist ja kallutamist (või ainult liikumist). Spetsiaalsete ajamite mõjul olev tahke peegel kogeb keerulisi deformatsioone.

Ühe või teise kujunduse valiku määrab selle süsteemi eripära, milles seda kasutatakse. Peamised tegurid, mida sel juhul arvesse võetakse, on peegli pinna üldine suurus, kaal ja kvaliteet.

Segmenteeritud peeglid

Segmentpeeglid koosnevad eraldiseisvatest lamepeeglite segmentidest. Lainefrondi keskmise väärtuse korrigeerimiseks saab iga segmenti nihutada lühikese vahemaa tagant ja tagasi.

Sektsioonide translatsioonilise liikumisega sektsioonidega adaptiivsed peeglid (joonis 5, a) võimaldavad muuta ainult üksikute sektsioonide signaalide (optilise tee pikkus) ja sektsioonide liikumise ja kaldega peeglite vahelisi ajalisi faasisuhteid (joonis 5, b) - ka ruumifaas .

Riis. 5. Sektsioonpeeglid: a) sektsioonide translatsioonilise liikumisega, b) sektsioonide liikumise ja kaldega

Sektsioonpeeglite olulised puudused on vajadus kontrollida eraldi sektsiooni asukohta ja selle pinna seisukorda, samuti selliste peeglite termilise stabiliseerimissüsteemi rakendamise keerukus.

1) Täiturmehhanismide arv - 100 - 1500.

2) Täiturmehhanismide vahed - 2-10 mm.

3) Elektroodide kuju on ristküliku- või kuusnurkne.

5) Liikumise amplituud - mitu mikronit.

6) Resonantssagedus on mõni kiloherts.

7) Maksumus on kõrge.

Tahke pinnaga peeglid

Diskreetse ajamiga peeglid (joon. 6.) moodustatakse õhukese deformeeritava membraani esipinnale. Plaadi kuju juhivad mitmed eraldi ajamid, mis on kinnitatud selle tagaseina külge. Peegli kuju sõltub esipaneelile mõjuvate jõudude kombinatsioonist, piirtingimustest (kuidas plaat peegli külge kinnitatakse) ning plaadi geomeetriast ja materjalist.

Need peeglid võimaldavad sujuvalt juhtida lainefrondit väga suure hulga (kuni mitme tuhande) vabadusastmega.

Riis. 6. Diskreetsete ajamitega peegli skeem.

Bimorfsed peeglid

Bimorfne peegel (joonis 7.) koosneb kahest piesoelektrilisest plaadist, mis on omavahel kinnitatud ja polariseeritud vastassuundades (paralleelselt telgedega). Nende plaatide vahel on rida elektroode. Esi- ja tagapind on maandatud. Peegeldava pinnana kasutatakse peegli esikülge.

Joonis 7. Bimorfse peegli skeem.

Hetkel, kui elektroodile rakendatakse pinget, surutakse üks plaatidest kokku ja teine ​​venitatakse, mis viib lokaalse kõveruseni. Peegli lokaalne kumerus on võrdeline rakendatud pingega, mistõttu neid deformeeruvaid peegleid nimetatakse ka kõverpeegliteks.

Segmenteeritud deformeeruvate peeglite tüüpilised parameetrid:

1) Täiturmehhanismide arv - 18 - 35

2) Täiturmehhanismide vahed on 30-200 mm.

3) Elektroodide kuju on radiaalne.

5) Resonantssagedus - üle 500 Hz.

6) Maksumus on mõõdukas.

membraanpeeglid.

Nende peeglite membraani deformatsioon saavutatakse magnetvälja toimel. Magnetite komplekt on kinnitatud otse solenoidide vastas olevale membraanile. Kui vool liigub läbi solenoidide, tekivad Laplace'i jõud, mis deformeerivad membraani.

MOEMS (ränitehnoloogia)

MOEMS (Joon.8.) - mikro-opto-elektro-mehaanilised süsteemid. Sellised adaptiivsed peeglid on valmistatud mikrolitograafia abil, sarnaselt elektroonilistele mikroskeemidele, peegli väikeste elementide läbipaine toimub elektrostaatiliste jõudude abil. MOEMS-i miinusteks on ebapiisavad liigutused ja peeglielementide väiksus.

Joonis 8. MOEMS peegli tööpõhimõte

Teine meetod valguse faasi juhtimiseks on vedelkristallide kasutamine, nagu kuni miljoni juhitava elemendiga monitoridel. Veel hiljuti olid vedelkristallid väga aeglased, kuid nüüd on see piirang ületatud. Kuigi vedelkristallide tekitatud faasinihe jääb väga väikeseks ja pealegi ei tasu unustada, et see sõltub lainepikkusest.

Järeldus

Olles selle töö käigus uurinud adaptiivsete optiliste süsteemide komponentide disaini ja omadusi, võime järeldada, et uut tüüpi AOS-komponentide väljatöötamine ei seisa paigal. Uued arengud fotoonika ja optiliste materjalide vallas võimaldavad luua täiustatud adaptiivseid süsteemikomponente, mis on parema jõudlusega kui nende eelkäijad.

Bibliograafia:

Wirth A., Gonsirovskiy T. Adaptiivne optika: atmosfääri turbulentsi sobitamine // Fotnika, 2007, nr 6, lk 10–15.

Berchenko E.A., Kalinin Yu.A., Kiselev V.Yu., Polynkin M.A. Lainefrondi andurid // Laser-optilised süsteemid ja tehnoloogiad, 2009, lk 64–69.

A.G. Aleksandrov, V.E. Zavalova, A.V. Kudrjašov, A.L. Rukosuev, P.N. Romanov, V.V. Samarkin, Yu.V. Sheldakova, "Shack - Hartmann lainefrondi andur suure võimsusega impulss-tahkelaserite parameetrite mõõtmiseks", KVANTELEKTRON, 2010, 40 (4), 321–326.

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 AS, Deformeeruvad peeglid jõu- ja infolasersüsteemide jaoks // Laser-op lasersüsteemide jaoks ja tehnoloogiad, Federal State Unitary Enterprise "NPO ASTROPHYSICS", M., 2009, lk 54–58

Vorontsov M.A., Shmalgauzen V.I., Adaptiivse optika põhimõtted, // Moskva, Nauka, (1985), lk. 336.

Vorontsov M.A., Koryabin A.V., Shmalgauzen V.I., Juhitavad optilised süsteemid. // Moskva, Nauka, (1988), lk 275.

Krasheninnikov V. R. Kujutiste geomeetrilise teisendamise parameetrite hindamine fikseeritud punkti meetodil / V. R. Krasheninnikov, M. A. Potapov // Mustri tuvastamine ja kujutise analüüs. - 2012. - Vol. 22, nr 2. – Lk 303–317.

Täiendavad teabeallikad:

Laseriportaal: http://www.laserportal.ru//

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

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

ADAPTIVE OPTICS, optika haru, mis töötab välja meetodeid ja tööriistu lainefrondi (WF) kuju kontrollimiseks, et kõrvaldada moonutused (aberratsioonid), mis tekivad valguskiire levimisel optiliselt ebahomogeenses keskkonnas (näiteks turbulentses atmosfääris). ) või optilise süsteemi elementide puuduste tõttu.

Adaptiivse korrektsiooni eesmärk on suurendada optiliste instrumentide eraldusvõimet, suurendada kiirguse kontsentratsiooni vastuvõtjas, saavutada võimalikult terav valgusvihu fokuseerimine sihtmärgile või saada etteantud kiirguse intensiivsuse jaotus. Aktiivsete meetodite kasutamise võimalustest optikas on räägitud juba 1950. aastate algusest seoses maapealsete teleskoopide lahutusvõime suurendamise probleemiga, kuid adaptiivse optika intensiivne arendamine algas pärast piisavalt tõhusate korrektorite (juhitavate peeglite) loomist ning WF arvestid (andurid). Lihtsaim adaptiivne süsteem sisaldab ühte tasapinnalist peeglit, mille kallet saab muuta, mis välistab pildi "värisemise" läbi turbulentse atmosfääri vaadates. Keerulisemates süsteemides kasutatakse suuremat järku aberratsioonide kompenseerimiseks suure hulga vabadusastmetega korrektoreid. Tüüpiline skeem juhtimise korraldamiseks adaptiivses süsteemis (joonis) põhineb tagasiside põhimõttel. Osa valgusvoost pärast korrektorit hargneb ja siseneb WF-andurisse, kus mõõdetakse jääkhälbeid. Seda teavet kasutatakse juhtseadmes signaalide genereerimiseks, mis toimivad korrektorile ja vähendavad jääkaberratsioone. Need muutuvad minimaalseks, pildi kvaliteet paraneb.

On süsteeme, mis ei nõua VF-andurite kasutamist. Sel juhul viiakse moonutuste minimeerimine läbi katsehäirete tahtliku sisseviimisega WF-i (aperture sounding method). Seejärel analüüsitakse juhtseadmes testhäirete mõju süsteemi töö kvaliteedile, misjärel genereeritakse juhtsignaalid, mis optimeerivad WF-i. Ava helisüsteemid nõuavad korrektori reguleerimiseks palju aega, kuna protsessi korratakse mitu korda, et moonutusi märgatavalt vähendada.

Adaptiivse optilise süsteemi efektiivsuse määrab suuresti rakendatud korrektori täiuslikkus. Alguses kasutati peamiselt komposiit (segmenteeritud) peegleid, mis koosnesid mitmest segmendist, mida oli võimalik piesoelektriliste ajamite abil või muul viisil üksteise suhtes nihutada. Seejärel levisid pidevalt deformeeruva pinnaga painduvad ("membraan") peeglid. 21. sajandi alguseks oli WF-i korrigeerimise tehnika oluliselt paranenud. Lisaks erinevat tüüpi juhitavatele peeglitele kasutatakse vedelkristallfaasi modulaatoreid, mis võivad töötada nii peegelduses (nagu peeglid) kui ka ülekandes. Mitmed konstruktsioonid võimaldavad nende miniatuursust ja juhtimiselektroonikaga ühtseks seadmeks integreeritud seadmete loomist, mis võimaldab luua kompaktseid ja suhteliselt odavaid adaptiivseid süsteeme. Kuid vaatamata uue põlvkonna faasikorrektorite väljatöötamisele säilitavad traditsioonilised painduvad peeglid oma tähtsuse vähese valguskao ja suhteliselt lihtsa disaini tõttu. Lasersüsteemides kasutatakse ka lainefrondi pöördumise nähtusel põhinevaid moonutuste korrigeerimise mittelineaarseid optilisi meetodeid. Seda lähenemisviisi nimetatakse mõnikord mittelineaarseks adaptiivseks optikaks.

Lit.: Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Adaptiivse optika põhimõtted. M., 1985; Taranenko VG, Shanin OI Adaptiivne optika. M., 1990; Lukin VP, Fortes BV Kiirte ja kujutiste adaptiivne moodustamine atmosfääris. Novosib., 1999.

V. I. SHmalgauzen.

Ebahomogeenses keskkonnas, kontrollitud optiliste elementide abil. Adaptiivse optika põhiülesanneteks on suurendada vaatlusseadmete lahutusvõime piiri, optilise kiirguse kontsentratsiooni vastuvõtjale või sihtmärgile jne.

Adaptiivne optika leiab rakendust maapealsete astronoomiliste teleskoopide projekteerimisel, optilistes sidesüsteemides, tööstuslikus lasertehnoloogias, oftalmoloogias jne, kus see võimaldab vastavalt kompenseerida atmosfäärimoonutusi, optiliste süsteemide, sealhulgas optiliste süsteemide aberratsioone. inimsilma elemendid.

Entsüklopeediline YouTube

• 1 / 5

  Struktuuriliselt koosneb adaptiivne optiline süsteem tavaliselt andurist, mis mõõdab moonutusi (lainefrondi andur), lainefrondi korrektorist ja juhtsüsteemist, mis teostab ühendust anduri ja korrektori vahel.

  Lainefrondi andurid

  On erinevaid meetodeid, mis võimaldavad nii kvalitatiivset hindamist kui ka kvantitatiivset lainefrondi profiili mõõtmist. Kõige populaarsemad on praegu interferentsi tüüpi ja Shack-Hartmanni tüüpi andurid.

  Häireandurite toime põhineb kahe valguslaine koherentsel liitmisel ja mõõdetud lainefrondist sõltuva intensiivsusega interferentsi mustri moodustamisel. Sel juhul saab teise (referents)valguselainena kasutada uuritavast kiirgusest ruumilise filtreerimisega saadud lainet.

  Shack-Hartmanni andur koosneb mikroläätsede maatriksist ja nende fookustasandil paiknevast fotodetektorist. Iga objektiiv on tavaliselt 1 mm või väiksem. Andurläätsed jagavad uuritava lainefrondi alamavadeks (ühe mikroläätse ava), moodustades fookustasandil fookuspunktide komplekti. Iga täpi asukoht sõltub anduri sisendisse saabunud kiire lainefrondi kohalikust kaldest. Mõõtes fookuspunktide põiksuunalisi nihkeid, saab arvutada lainefrondi keskmised kaldenurgad igas alamavas. Neid väärtusi kasutatakse lainefrondi profiili arvutamiseks kogu anduri ava ulatuses.

  Lainefrondi korrektorid

  Adaptiivne (deformeeruv) peegel (Inglise) on kõige populaarsem tööriist lainefrondi juhtimiseks ja optilise aberratsiooni korrigeerimiseks. Lainefrondi korrigeerimise idee liitpeegli abil pakkus välja V. P. Linnik 1957 . Sellise süsteemi loomise võimalus on ilmnenud alates 1990. aastate keskpaigast seoses tehnoloogia arenguga ning arvuti täpse juhtimise ja jälgimise võimalusega.

  Eelkõige kasutatakse laialdaselt unimorfseid (poolpassiiv-bimorfseid) peegleid. Selline peegel koosneb õhukesest piesoelektrilisest materjalist plaadist, millele on erilisel viisil paigutatud elektroodid. Plaat kinnitatakse aluspinnale, mille esipinnale moodustatakse optiline pind. Kui elektroodidele rakendatakse pinget, tõmbub (või paisub) piesoelektriline plaat, mis põhjustab peegli optilise pinna paindumist. Elektroodide spetsiaalne ruumiline paigutus võimaldab moodustada keerukaid pinnareljeefid.

  Adaptiivse peegli kuju reguleerimise kiirus võimaldab seda kasutada dünaamiliste aberratsioonide reaalajas kompenseerimiseks.

  Astronoomilistes rakendustes vajavad adaptiivsed optikasüsteemid võrdlusallikat, mis toimiks heleduse standardina atmosfääri turbulentsist põhjustatud moonutuste korrigeerimiseks, ja see peaks asuma uuritavast taevapiirkonnast piisavalt lähedal. Mõned süsteemid kasutavad sellise allikana "tehistähte", mis on loodud naatriumi aatomite ergastamisel 90 km kõrgusel Maa pinnast maapealse laseriga.