اپتیک تطبیقی: چگونه ستارگان را در آسمان ببینیم؟ اپتیک تطبیقی ​​- تاریخچه اجرای اپتیک تطبیقی ​​لیزری

بخش تهیه شده توسط نیکولای نوسیرف و اولگ ویلکوف

اپتیک تطبیقی(AO) شاخه‌ای از اپتیک است که به توسعه سیستم‌های نوری با کنترل دینامیکی شکل جبهه موج برای جبران اختلالات تصادفی و افزایش حد تفکیک دستگاه‌های مشاهده، درجه غلظت تشعشع در گیرنده یا هدف می‌پردازد.

مشکل اصلی که می تواند توسط یک سیستم اپتیک تطبیقی ​​حل شود، حذف اختلالات جبهه موج ناشی از تأثیرات تصادفی کنترل نشده است. معروف ترین سیستم های این نوع عبارتند از:

تلسکوپ های زمینی، به دلیل ناهمگن بودن جو زمین، قدرت تفکیک این سیستم ها کاهش می یابد.

سیستم هایی برای تشکیل و تمرکز تابش لیزر

سیستم های اندازه گیری لیزری که در جو کار می کنند

· سیستم های نوری لیزرهای پرقدرت.

پیاده سازی سیستم های نوری تطبیقی ​​با محدوده خاصی از وظایفی که حل می کند تعیین می شود. با این حال، اصول کلی برای ساخت چنین سیستم هایی یکسان است.

سیستم هایی با موج خروجی وجود دارند که در آنها جبهه موج منبع نور تصحیح می شود و سیستم هایی با موج دریافتی که در آنها میدان نوری که از جسم مشاهده شده می آید تصحیح می شود. به نوبه خود، هر دوی آنها را می توان بر اساس اصول صرف فاز و صدای دیافراگم اجرا کرد.

در سیستم ترکیب فاز، یک پرتو نور از ناحیه کوچکی از جسم (هدف) منعکس می‌شود و یک موج کروی شکل می‌دهد که در طول مسیر انتشار نور به عقب برمی‌گردد و دچار اعوجاج‌های مشابه موج ساطع شده می‌شود. موج منعکس شده ورودی وارد سنسور جبهه موج می شود، جایی که اعوجاج در مسیر تشخیص داده می شود. دستگاه پردازش داده، تصحیح لازم جبهه موج را محاسبه می کند که توسط دستگاه برای تأثیرگذاری بر جبهه موج انجام می شود.

اصل صدای دیافراگم مبتنی بر امکان وارد کردن اغتشاشات آزمایشی به جبهه موج است که به اغتشاشات دامنه سیگنال تبدیل می شوند. آنها با تجزیه و تحلیل تغییرات شدت نور منعکس شده از هدف، در مورد علامت تغییر فاز نتیجه می گیرند و جبهه موج را تغییر شکل می دهند تا تمرکز بر روی جسم بهینه شود.

سیستم های دارای موج دریافتی به روشی مشابه کار می کنند. در سیستم های کونژوگاسیون فاز، بخشی از نور دریافتی با جبهه موج تحریف شده به یک حسگر جبهه موج هدایت می شود. اطلاعات دریافتی برای ایجاد یک اثر جبرانی در جبهه موج دریافتی استفاده می شود. در نتیجه، تصویری که فقط با پراش محدود می شود، به طور ایده آل در گیرنده تشکیل می شود.

در سیستم‌های صدای دیافراگم، اغتشاشات آزمایشی به جبهه موج دریافتی وارد می‌شوند و تأثیر آن‌ها با استفاده از گیرنده‌ای که در صفحه تصویر قرار می‌گیرد تخمین زده می‌شود.

دستگاه های مشاهده، غلظت تابش نوری در گیرنده یا هدف و غیره.

اپتیک تطبیقی ​​در طراحی تلسکوپ های نجومی مبتنی بر زمین، در سیستم های ارتباطی نوری، در فناوری لیزر صنعتی، در چشم پزشکی و غیره کاربرد پیدا می کند، جایی که جبران اعوجاجات جوی، انحرافات سیستم های نوری، از جمله عناصر نوری چشم انسان

سیستم نوری تطبیقی

از نظر ساختاری، یک سیستم نوری تطبیقی ​​معمولاً از یک سنسور که اعوجاج (حسگر جبهه موج) را اندازه گیری می کند، یک تصحیح کننده جبهه موج، و یک سیستم کنترلی که ارتباط بین سنسور و تصحیح کننده را اجرا می کند، تشکیل شده است.

سنسورهای جبهه موج

روش های مختلفی وجود دارد که امکان ارزیابی کیفی و اندازه گیری کمی نمایه جبهه موج را فراهم می کند. در حال حاضر محبوب ترین آنها نوع تداخل و سنسورهای Shack-Hartmann هستند.

عمل سنسورهای تداخل بر اساس افزودن منسجم دو موج نوری و تشکیل یک الگوی تداخل با شدتی است که به جبهه موج اندازه گیری شده بستگی دارد. در این حالت به عنوان موج نوری دوم (مرجع) می توان از موجی که از تابش مورد مطالعه به وسیله فیلتر فضایی به دست می آید استفاده کرد.

سنسور نوع Shack-Hartmann از مجموعه ای از ریز لنزها و یک آشکارساز نوری واقع در صفحه کانونی آنها تشکیل شده است. هر لنز معمولاً 1 میلی متر یا کوچکتر است. لنزهای حسگر جبهه موج بررسی شده را به زیر دیافراگم ها (دیافراگم یک میکرولنز) تقسیم می کنند و مجموعه ای از نقاط کانونی را در صفحه کانونی تشکیل می دهند. موقعیت هر یک از نقاط بستگی به شیب محلی جبهه موج پرتوی دارد که به ورودی سنسور رسیده است. با اندازه گیری جابجایی های عرضی نقاط کانونی، می توان میانگین زوایای شیب جبهه موج را در هر یک از زیر دیافراگم ها محاسبه کرد. این مقادیر برای محاسبه نمایه جبهه موج در کل دیافراگم سنسور استفاده می شود.

اصلاح کننده های جبهه موج

آینه تطبیقی ​​(تغییر شکل) انگلیسی) محبوب ترین ابزار برای کنترل جبهه موج و تصحیح انحراف نوری است. ایده اصلاح جبهه موج توسط یک آینه مرکب توسط V. P. Linnik در سال 1957 پیشنهاد شد. امکان ایجاد چنین سیستمی از اواسط دهه 1990 در ارتباط با توسعه فناوری و با امکان کنترل و نظارت دقیق رایانه ای ظاهر شد.

به طور خاص، آینه های یک شکل (نیمه منفعل-بیمورف) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. چنین آینه ای از یک صفحه نازک ساخته شده از یک ماده پیزوالکتریک تشکیل شده است که الکترودها به روش خاصی روی آن قرار گرفته اند. صفحه به یک بستر متصل می شود که در سطح جلویی آن یک سطح نوری تشکیل شده است. هنگامی که یک ولتاژ به الکترودها اعمال می شود، صفحه پیزوالکتریک منقبض می شود (یا منبسط می شود) که باعث خم شدن سطح نوری آینه می شود. آرایش فضایی ویژه الکترودها امکان تشکیل نقش برجسته های سطحی پیچیده را فراهم می کند.

سرعت کنترل شکل آینه تطبیقی ​​به آن اجازه می دهد تا برای جبران انحرافات دینامیکی در زمان واقعی استفاده شود.

در کاربردهای نجومی، سیستم‌های اپتیک تطبیقی ​​به یک منبع مرجع نیاز دارند که به عنوان استاندارد روشنایی برای تصحیح اعوجاج ناشی از تلاطم اتمسفر عمل کند، و باید در فاصله زاویه‌ای به اندازه کافی نزدیک از منطقه آسمان مورد مطالعه قرار گیرد. در برخی منظومه ها، از یک "ستاره مصنوعی" به عنوان منبعی استفاده می شود که در اثر تحریک اتم های سدیم در ارتفاع 90 کیلومتری از سطح زمین توسط لیزر زمینی ایجاد می شود.

را نیز ببینید

نظر خود را در مورد مقاله "اپتیک تطبیقی" بنویسید.

یادداشت

ادبیات

  • Vorontsov M. A.، Shmalgauzen V. I.اصول اپتیک تطبیقی - M .: Nauka، 1985.
  • Vorontsov M. A.، Koryabin A. V.، Shmalgauzen V. I.سیستم های نوری کنترل شده - M .: Nauka، 1988.

پیوندها

گزیده ای از ویژگی های اپتیک تطبیقی

سونیا، ناتاشا، پتیا، آنا میخایلوونا، ورا، کنت قدیمی، او را در آغوش گرفتند. و مردم و کنیزان که اتاق ها را پر کردند، محکوم کردند و نفس نفس زدند.
پتیا روی پاهایش آویزان شد. - و بعد من! او فریاد زد. ناتاشا، پس از اینکه او را به سمت خود خم کرد، تمام صورتش را بوسید، از او پرید و به زمین مجارستانی خود چسبید، مانند یک بز به یک جا پرید و به شدت جیغ زد.
از هر طرف اشک شوق می درخشید، چشمان عاشق، از هر طرف لب هایی به دنبال یک بوسه بود.
سونیا که قرمز رنگ قرمز بود نیز دست او را گرفت و با نگاهی شادمانه به چشمانش که منتظرش بود خیره شد. سونیا قبلاً 16 ساله بود و بسیار زیبا بود، به خصوص در این لحظه از انیمیشن شاد و پرشور. به او نگاه کرد، چشم بر نمی داشت، لبخند می زد و نفسش را حبس می کرد. با سپاسگزاری به او نگاه کرد. اما هنوز منتظرم و دنبال کسی می گردم کنتس قدیمی هنوز بیرون نیامده است. و بعد از آن رد پای در آمد. قدم ها آنقدر سریع است که نمی توانستند مال مادرش باشند.
اما این او بود با لباس جدیدی که برای او ناآشنا بود و بدون او دوخته شده بود. همه او را ترک کردند و او به سمت او دوید. وقتی به هم رسیدند، او با گریه روی سینه او افتاد. او نمی توانست صورتش را بلند کند و فقط او را به توری های سرد کت مجارستانی اش فشار داد. دنیسوف، که مورد توجه کسی قرار نگرفت، وارد اتاق شد، همانجا ایستاد و با نگاه کردن به آنها، چشمانش را مالید.
او در حالی که خود را به کنت معرفی کرد، گفت: "واسیلی دنیسوف، دوست پسرت."
- خوش آمدی. می دانم، می دانم.» کنت، دنیسوف را بوسید و در آغوش گرفت. - نیکولوشکا نوشت ... ناتاشا، ورا، اینجا او دنیسوف است.
همان چهره های شاد و پرشور به سمت شکل پشمالو دنیسوف برگشتند و او را احاطه کردند.
- عزیز من، دنیسوف! - ناتاشا در کنار خودش با خوشحالی جیغ زد، به سمت او پرید، او را در آغوش گرفت و بوسید. همه از این کار ناتاشا شرمنده شدند. دنیسوف نیز سرخ شد، اما لبخند زد و دست ناتاشا را گرفت و بوسید.
دنیسوف را به اتاقی که برای او آماده شده بود بردند و روستوف ها همه در مبل نزدیک نیکولوشکا جمع شدند.
کنتس پیر، بدون اینکه دستش را که هر دقیقه می بوسید، رها کند، کنارش نشست. بقیه که دورشان شلوغ می‌شدند، تک تک حرکات، حرف‌ها، نگاه‌های او را می‌گرفتند و با عشق مشتاقانه چشم از او بر نمی‌داشتند. خواهر و برادر با هم بحث کردند و مکان‌هایی را که به او نزدیک‌تر بودند از هم جدا کردند و دعوا کردند که چه کسی برای او چای، دستمال، پیپ بیاورد.
روستوف از عشقی که به او نشان داده شد بسیار خوشحال بود. اما اولین دقیقه ملاقات او چنان سعادتمند بود که به نظرش رسید که شادی فعلی اش کافی نیست و منتظر چیزی بیشتر و بیشتر و بیشتر بود.
صبح روز بعد بازدیدکنندگان تا ساعت 10 در خارج از جاده خوابیدند.
در اتاق قبلی، سابر، کیف، گاری، چمدان باز، چکمه های کثیف در اطراف خوابیده بودند. دو جفت تمیز شده با خارها به تازگی کنار دیوار قرار گرفته بودند. خادمان دستشویی، آب گرم برای اصلاح و شستن لباس ها آوردند. بوی تنباکو و مردانه می داد.
- هی، جی "عوغ، تی" ubku! صدای خشن وااسکا دنیسوف فریاد زد. - روستوف، برخیز!
روستوف در حالی که چشمانش را که به هم چسبیده بود مالید، سر درهم خود را از روی بالش داغ برداشت.
- چه دیر شد؟ صدای ناتاشا پاسخ داد: "ساعت 10 دیر است" و در اتاق بعدی صدای خش خش لباس های نشاسته ای، زمزمه و خنده صدای دخترانه، و چیزی آبی، روبان، موهای مشکی و چهره های شاد از میان آنها می گذشت. در باز. این ناتاشا با سونیا و پتیا بود که آمدند ببینند او بلند شده است یا نه.
- نیکلاس، بلند شو! صدای ناتاشا دوباره از در شنیده شد.
- اکنون!
در این هنگام پتیا در اتاق اول با دیدن و گرفتن سابرها و تجربه لذتی که پسران از دیدن برادر بزرگتر جنگجو تجربه می کنند و فراموش کردند که دیدن مردان بی لباس برای خواهران زشت است در را باز کرد.
- این شمشیر توست؟ او فریاد زد. دخترها عقب پریدند. دنیسوف، با چشمان ترسیده، پاهای پشمالو خود را در پتو پنهان کرد و به اطراف برای کمک به رفیقش نگاه کرد. در به پتیا اجازه ورود داد و دوباره بسته شد. صدای خنده بیرون در آمد.
- نیکولنکا، با یک لباس مجلسی بیرون بیا، - صدای ناتاشا گفت.
- این شمشیر توست؟ پتیا پرسید: "یا مال توست؟" - با احترام متواضعانه رو به دنیسوف سبیلی و سیاه کرد.
روستوف با عجله کفش هایش را پوشید، لباس مجلسی پوشید و بیرون رفت. ناتاشا یک چکمه را با خار پوشید و به دیگری رفت. سونیا داشت می چرخید و فقط می خواست لباسش را باد کند و وقتی بیرون آمد بنشیند. هر دو در یک لباس، کاملاً نو و آبی بودند - تازه، سرخ‌رنگ، شاد. سونیا فرار کرد و ناتاشا در حالی که برادرش را بازو گرفت او را به اتاق مبل برد و شروع به صحبت کردند. آنها وقت نداشتند از یکدیگر بپرسند و به سؤالاتی در مورد هزاران چیز کوچکی که فقط آنها می توانند علاقه مند شوند پاسخ دهند. ناتاشا به هر کلمه ای که او می گفت و می خندید، نه به این دلیل که آنچه آنها می گفتند خنده دار بود، بلکه به این دلیل که او سرگرم می شد و نمی توانست شادی خود را مهار کند، که در خنده بیان می شد.
- اوه، چه خوب، عالی! او به همه چیز گفت روستوف احساس کرد که چگونه تحت تأثیر پرتوهای داغ عشق، برای اولین بار پس از یک سال و نیم، آن لبخند کودکانه در روح و صورتش شکوفا شد که از زمانی که خانه را ترک کرده بود هرگز لبخند نزده بود.
او گفت: «نه، گوش کن، آیا تو الان کاملا مردی؟ خیلی خوشحالم که برادر من هستی دست به سبیلش زد. - می خواهم بدانم شما چه جور مردی هستید؟ آیا آنها مثل ما هستند؟ نه؟
چرا سونیا فرار کرد؟ روستوف پرسید.
- آره. این یک داستان دیگر است! چطور با سونیا صحبت می کنی؟ تو یا تو؟

دانشگاه ملی تحقیقاتی سنت پترزبورگ فناوری اطلاعات، مکانیک و اپتیک

دانشکده فوتونیک و نوری انفورماتیک

گروه فوتونیک کامپیوتر و انفورماتیک ویدئویی

در رشته تئوری سیستم ها و تجزیه و تحلیل سیستم

« مروری تحلیلی بر ویژگی های اجزای مدرن سیستم های نوری تطبیقی»

دانش آموز: Romanov I.E.

گروه: 4352

مدرس: Gurov I.P.

سنت پترزبورگ

مقدمه…………………………………………………………………………….2

سیستم نوری تطبیقی………………………………………………3

سنسورهای جبهه موج ……………………………………………………………..5

تصحیح کننده های جبهه موج…………………………………………………..9

1) آینه های تکه تکه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2) آینه های با سطح جامد………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.1) آینه های دو شکل……………………………………………………………………………………

2.2) آینه های غشایی………………………………………………….14

3) MOEMS (فناوری سیلیکون)………………………………………….14

نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

منابع ……………………………………………………………………………………………………

منابع اطلاعاتی تکمیلی………………………………… ..17

معرفی

اپتیک تطبیقی ​​(AO) شاخه‌ای از اپتیک است که به توسعه سیستم‌های نوری با کنترل دینامیکی شکل جبهه موج برای جبران آشفتگی‌های تصادفی و افزایش حد تفکیک دستگاه‌های رصدی، درجه غلظت تابش در گیرنده یا هدف می‌پردازد. اپتیک تطبیقی ​​در دهه 1950 به شدت شروع به توسعه کرد. در ارتباط با مشکل جبران اعوجاج های جلویی ناشی از تلاطم جوی که محدودیت اصلی را بر قدرت تفکیک تلسکوپ های زمینی تحمیل می کند. بعداً مشکلات ایجاد تلسکوپ های مداری و تابشگرهای لیزری قدرتمند در معرض انواع تداخل به این امر اضافه شد.

اپتیک تطبیقی ​​در زمینه های مختلف علم و فناوری کاربرد پیدا می کند. به عنوان مثال، در طراحی تلسکوپ های نجومی مبتنی بر زمین، در سیستم های ارتباطی نوری، در فناوری لیزر صنعتی، در پزشکی و غیره، جایی که به ترتیب اجازه می دهد تا اعوجاج های جوی، انحرافات سیستم های نوری، از جمله عناصر نوری را جبران کنند. چشم انسان

هدف از این کار مطالعه سیستم های نوری تطبیقی ​​و همچنین انجام یک بررسی تحلیلی از ویژگی های اجزای آنها است.

سیستم نوری تطبیقی

برای اولین بار، امکان تصحیح انحرافات جوی یک تصویر با استفاده از یک آینه تغییر شکل پذیر در سال 1953 توسط اخترشناس آمریکایی هوراس بابکاک H.W. او ایجاد ابزاری را پیشنهاد کرد که می‌تواند اعوجاج‌های جوی دینامیکی را در زمان واقعی اندازه‌گیری کند و آنها را با استفاده از عناصر نوری با قابلیت تنظیم سریع تغییر شکل دهد. اما در آن زمان به دلیل محدودیت تکنولوژی امکان تحقق ایده های او وجود نداشت.

مشکل اصلی که می تواند توسط یک سیستم اپتیک تطبیقی ​​حل شود، حذف اختلالات جبهه موج ناشی از تأثیرات تصادفی کنترل نشده است. معروف ترین سیستم های این نوع عبارتند از:

    تلسکوپ های زمینی به دلیل ناهمگونی جو زمین، قدرت تفکیک این سیستم ها کاهش می یابد.

    سیستم های تشکیل و تمرکز تابش لیزر.

    سیستم های اندازه گیری لیزری که در جو کار می کنند.

    سیستم های نوری لیزرهای پرقدرت

پیاده سازی سیستم های نوری تطبیقی ​​با محدوده خاصی از وظایفی که حل می کند تعیین می شود. با این حال، اصول کلی برای ساخت چنین سیستم هایی یکسان است. از نظر ساختاری، یک سیستم نوری تطبیقی ​​معمولاً از یک سنسور که اعوجاج (حسگر جبهه موج) را اندازه گیری می کند، یک تصحیح کننده جبهه موج، و یک سیستم کنترلی که ارتباط بین سنسور و تصحیح کننده را اجرا می کند، تشکیل شده است. طرح کلی طرح نوری تطبیقی ​​در شکل نشان داده شده است. یک. .

برنج. یکیطرح کلی یک سیستم نوری تطبیقی

سنسورهای جبهه موج

سنسور جبهه موج (WFS) یکی از عناصر سیستم تصحیح تابش لیزر تطبیقی ​​است. وظیفه آن اندازه گیری انحنای جبهه موج و انتقال این اندازه گیری ها به دستگاه پردازش است (شکل 2).

برنج. 2.تصویری از یک جبهه موج تحریف شده که با استفاده از آرایه ای از میکرولنزها به دست آمده است.

دلایل اصلی انحنای جبهه موج عبارتند از:

    تلاطم اتمسفر.

    اشکال غیر ایده آل عناصر نوری سیستم.

    خطا در تنظیم سیستم و غیره

امروزه انواع مختلفی از WFD ها وجود دارد. با این حال، رایج ترین آنها بر اساس طرح Shack-Hartmann است (شکل 3.).

برنج. 3.نمودار معمولی سنسور هارتمن

پیدایش چنین حسگری در دهه 1900 آغاز شد، زمانی که یوهانس فرانتس هارتمن، فیزیکدان و ستاره شناس آلمانی تصمیم گرفت از روزنه های کوچک زیادی برای ردیابی مسیر پرتوهای نور منفرد از طریق یک تلسکوپ بزرگ استفاده کند که به او امکان می داد کیفیت تصویر را بررسی کند. بعدها، در دهه 1960، Roland Shack و Ben Platt این فناوری را با جایگزینی دیافراگم با لنزهای متعدد (آرایه عدسی) اصلاح کردند.

چنین سنسوری به دلیل شایستگی هایش بیشتر در سیستم های تصحیح جبهه موج استفاده می شود. یکی از مزایای اصلی سنسور Shack-Hartmann توانایی آن در اندازه گیری دامنه وسیعی از شیب های جبهه موج است، زمانی که اعوجاج ها را نمی توان با روش های دیگر (مثلاً تداخل) اندازه گیری کرد. از چنین سنسوری می توان برای تعیین انحرافات در نیمرخ پرتو لیزر نامتقارن استفاده کرد. علاوه بر این، حساسیت کمی به ارتعاشات مکانیکی دارد و می تواند با پالس های توان بالا و مدت زمان فمتوثانیه کار کند.

سنسور نوع Shack-Hartmann از مجموعه ای از ریز لنزها و یک آشکارساز نوری واقع در صفحه کانونی آنها تشکیل شده است. هر لنز معمولاً 1 میلی متر یا کوچکتر است. لنزهای حسگر جبهه موج بررسی شده را به زیر دیافراگم ها (دیافراگم یک میکرولنز) تقسیم می کنند و مجموعه ای از نقاط کانونی را در صفحه کانونی تشکیل می دهند. موقعیت هر یک از نقاط بستگی به شیب محلی جبهه موج پرتوی دارد که به ورودی سنسور رسیده است. با اندازه گیری جابجایی های عرضی نقاط کانونی، می توان میانگین زوایای شیب جبهه موج را در هر یک از زیر دیافراگم ها محاسبه کرد. این مقادیر برای محاسبه نمایه جبهه موج در کل دیافراگم سنسور استفاده می شود.

برنج. 4.اصل عملکرد سنسور جبهه موج

وقتی جبهه موج ورودی صاف است، همه تصاویر در شبکه درستی که توسط هندسه آرایه لنز تعریف شده است مرتب می شوند. به محض تحریف جبهه موج، تصاویر از موقعیت اسمی خود جابجا می شوند. جابجایی مرکز تصویر در دو جهت متعامد با شیب متوسط ​​جبهه موج در این جهت ها در امتداد دیافراگم های فرعی متناسب است. بنابراین، Shack-Hartmann WFS (SH-H WFS) شیب های جبهه موج را اندازه گیری می کند. خود جبهه موج از آرایه شیب های اندازه گیری شده تا یک ثابت بازسازی (بازیابی) می شود که نقشی برای تصویر ندارد.

ویژگی های DWF Shack-Garman:

    دامنه انحرافات اندازه گیری شده تا 15 میکرومتر است.

    دقت اندازه گیری - λ/100 (RMS).

    قطر تابش ورودی - 8 ... 100 میلی متر.

با این حال، Shack-Hartmann WFS یک اشکال مهم دارد: تداخل در آرایه های CCD. آنها زمانی به وجود می آیند که یک جبهه موج به اندازه کافی تحریف شده روی یک ماتریس برخورد کند، زیرا، با انحرافات شدید، می تواند فراتر از زیرآرایه خود رفته و به یک ماتریس همسایه بیفتد. بنابراین، یک نقطه کاذب ایجاد می شود.

اما امروزه خطاهای ناشی از تداخل با استفاده از الگوریتم های پیچیده حذف می شوند. آنها به شما این امکان را می دهند که مکان واقعی آن نقطه را به دقت ردیابی و نمایش دهید. توسعه مدرن الگوریتم ها و دقت ساخت امکان گسترش دامنه این حسگرها را فراهم می کند. امروزه آنها در سیستم های مختلف تأیید تصویر کاربرد پیدا کرده اند.

اصلاح کننده های جبهه موج

آینه تطبیقی ​​یک عنصر فعال اجرایی یک سیستم نوری تطبیقی ​​است که دارای سطح بازتابنده با مشخصات تغییر شکل پذیر است. آینه های قابل تغییر شکل راحت ترین ابزار برای کنترل جبهه موج و اصلاح انحرافات نوری هستند.

ویژگی های اصلی آینه های تطبیقی:

    محدوده حرکت (که با حساسیت درایو در آینه مشخص می شود (معمولاً حساسیت در حرکات سطح در میکرومتر با افزایش ولتاژ کنترل به میزان 1 ولت بیان می شود).

    ناحیه تغییر شکل موضعی (تعداد درجات آزادی آینه را منعکس می کند (می توان با عرض مؤثر تغییر شکل دامنه واحد ناشی از عمل یک درایو به دست داد؛ تابعی که این تغییر شکل را توصیف می کند تابع پاسخ نامیده می شود. )).

    پهنای باند فرکانس (تعیین شده توسط سرعت درایو مورد استفاده (از بالا توسط رزونانس های مکانیکی طراحی آینه محدود شده است)).

از نظر ساختاری، آینه های تطبیقی ​​را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد:

1) آینه های قطعه بندی شده.

2) آینه هایی با سطح پیوسته.

در آینه‌های تقسیم‌بندی شده، هر بخش مجزا حرکت و شیب خود را (یا فقط حرکت) می‌دهد. یک آینه جامد تحت تأثیر درایوهای خاص تغییر شکل های پیچیده ای را تجربه می کند.

انتخاب یک یا طرح دیگر با توجه به ویژگی های سیستمی که در آن استفاده خواهد شد تعیین می شود. عوامل اصلی که در این مورد مورد توجه قرار می گیرد اندازه کلی، وزن و کیفیت سطح آینه است.

آینه های قطعه بندی شده

آینه های قطعه بندی شده از بخش های مستقل مجزا از آینه های تخت تشکیل شده اند. هر بخش را می توان برای اصلاح مقدار متوسط ​​جبهه موج به فاصله کوتاهی حرکت داد و به عقب برگشت.

آینه‌های تطبیقی ​​بخش‌دار با حرکت انتقالی مقاطع (شکل 5، الف) به شما امکان می‌دهند فقط روابط فاز زمانی بین سیگنال‌های بخش‌های جداگانه (طول مسیر نوری) و آینه‌های با حرکت و شیب بخش‌ها را تغییر دهید (شکل 5، ب) - همچنین فاز فضایی.

برنج. پنجآینه های تطبیقی ​​مقطعی: الف) با حرکت انتقالی مقاطع، ب) با حرکت و شیب مقاطع.

معایب قابل توجه آینه های برش، نیاز به کنترل موقعیت یک بخش مجزا و وضعیت سطح آن و همچنین پیچیدگی اجرای یک سیستم تثبیت حرارتی برای چنین آینه هایی است.

1) تعداد محرک - 100 - 1500.

2) شکاف بین محرک ها - 2-10 میلی متر.

3) شکل الکترودها مستطیل یا شش ضلعی است.

5) دامنه حرکت - چند میکرون.

6) فرکانس تشدید چند کیلوهرتز است.

7) هزینه بالا است.

آینه هایی با سطح جامد

آینه هایی با درایوهای گسسته (شکل 6.) روی سطح جلویی یک غشای نازک قابل تغییر شکل تشکیل می شوند. شکل صفحه توسط تعدادی درایو جداگانه که به دیواره عقب آن متصل شده اند کنترل می شود. شکل آینه به ترکیبی از نیروهای وارد بر پانل جلویی، شرایط مرزی (نحوه اتصال صفحه به آینه)، و هندسه و جنس صفحه بستگی دارد.

این آینه ها کنترل صاف جبهه موج را با تعداد بسیار زیاد (تا چندین هزار) درجه آزادی ممکن می سازند.

برنج. 6.طرح یک آینه با درایوهای گسسته.

آینه های بیمورف

یک آینه دو شکل (شکل 7.) از دو صفحه پیزوالکتریک تشکیل شده است که به هم چسبیده و در جهت مخالف (موازی با محورها) پلاریزه شده اند. بین این صفحات مجموعه ای از الکترودها قرار دارد. سطوح جلو و عقب زمین هستند. قسمت جلویی آینه به عنوان سطح بازتابنده استفاده می شود.

شکل 7.نمودار یک آینه دو شکل.

در لحظه ای که ولتاژ به الکترود اعمال می شود، یکی از صفحات فشرده می شود و دیگری کشیده می شود که منجر به انحنای موضعی می شود. انحنای موضعی آینه متناسب با ولتاژ اعمال شده است، به همین دلیل است که این آینه های تغییر شکل پذیر را آینه انحنا نیز می نامند.

پارامترهای معمولی آینه‌های قابل تغییر شکل بخش‌دار:

1) تعداد محرک - 18 - 35

2) فاصله بین محرک ها 30-200 میلی متر است.

3) شکل الکترودها شعاعی است.

5) فرکانس تشدید - بیش از 500 هرتز.

6) هزینه متوسط ​​است.

آینه های غشایی

تغییر شکل غشای این آینه ها در اثر عمل میدان مغناطیسی حاصل می شود. مجموعه ای از آهنرباها به غشاء مستقیماً در مقابل شیر برقی ها متصل می شوند. هنگامی که جریان از طریق شیر برقی جریان می یابد، نیروهای لاپلاس ایجاد می شوند که غشاء را تغییر شکل می دهند.

MOEMS (فناوری سیلیکون)

MOEMS (شکل 8.) - سیستم های میکرو-اپتو-الکترو-مکانیکی. چنین آینه های تطبیقی ​​با استفاده از میکرولیتوگرافی، مشابه ریز مدارهای الکترونیکی ساخته می شوند، انحراف عناصر کوچک آینه توسط نیروهای الکترواستاتیک انجام می شود. از معایب MOEMS می توان به حرکات ناکافی و اندازه کوچک عناصر آینه اشاره کرد.

شکل 8.اصل کار آینه MOEMS

روش دیگر برای کنترل فاز نور، استفاده از کریستال های مایع است، مانند مانیتورهایی که تا یک میلیون عنصر قابل کنترل دارند. تا همین اواخر، کریستال های مایع بسیار کند بودند، اما اکنون این محدودیت برطرف شده است. اگرچه تغییر فاز ایجاد شده توسط کریستال های مایع بسیار کم است و علاوه بر این، نباید فراموش کنیم که به طول موج بستگی دارد.

نتیجه

با مطالعه طراحی و ویژگی‌های اجزای سیستم‌های نوری تطبیقی ​​در طول این کار، می‌توان نتیجه گرفت که توسعه انواع جدیدی از اجزای AOS هنوز متوقف نشده است. پیشرفت‌های جدید در زمینه فوتونیک و مواد نوری امکان ایجاد اجزای سیستم تطبیقی ​​پیشرفته‌تر با عملکرد بهتر نسبت به پیشینیان خود را می‌دهد.

کتابشناسی - فهرست کتب:

    Wirth A., Gonsirovskiy T. اپتیک تطبیقی: تطبیق اغتشاشات جوی // Fotnika، 2007، شماره 6، صفحات 10-15.

    Berchenko E.A.، Kalinin Yu.A.، Kiselev V.Yu.، Polynkin M.A. سنسورهای جبهه موج // سیستم‌ها و فناوری‌های نوری لیزری، 2009، صفحات 64-69.

    A.G. الکساندروف، وی. زاوالوا، A.V. کودریاشوف، A.L. روکوسوف، پ.ن. رومانوف، وی. سامارکین، یو.و. شلداکووا، "سنسور جبهه موج هارتمن - Shack - Hartmann برای اندازه گیری پارامترهای لیزرهای حالت جامد پالسی پرقدرت"، الکترون کوانتومی, 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, آینه های تغییر شکل پذیر برای سیستم های لیزری قدرت و سیستم های لیزری اطلاعات // و فناوری‌ها، شرکت فدرال واحد "NPO ASTROPHYSICS"، M.، 2009، صفحات 54-58

    Vorontsov M.A.، Shmalgauzen V.I.، اصول اپتیک تطبیقی، // مسکو، ناوکا، (1985)، ص. 336.

    Vorontsov M.A.، Koryabin A.V.، Shmalgauzen V.I.، سیستم های نوری کنترل شده. // مسکو، ناوکا، (1988)، ص 275.

    Krasheninnikov V. R. برآورد پارامترهای تبدیل هندسی تصاویر با روش نقطه ثابت / V. R. Krasheninnikov، M. A. Potapov // تشخیص الگو و تجزیه و تحلیل تصویر. - 2012. - جلد. 22، شماره 2. - ص 303-317.

منابع اطلاعات تکمیلی:

    پورتال لیزر: http://www.laserportal.ru//

    ویکی پدیا: https://en.wikipedia.org/wiki/Adaptive_optics

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

اپتیک تطبیقی، شاخه‌ای از اپتیک است که روش‌ها و ابزارهایی را برای کنترل شکل جبهه موج (WF) به منظور حذف اعوجاج‌ها (انحرافات) که هنگام انتشار یک پرتو نور در یک محیط نوری ناهمگن (مثلاً یک جو متلاطم) رخ می‌دهد، ایجاد می‌کند. ) یا به دلیل نقص در عناصر یک سیستم نوری.

هدف از تصحیح تطبیقی ​​افزایش وضوح ابزارهای نوری، افزایش غلظت تابش در گیرنده، دستیابی به تیزترین تمرکز ممکن پرتو نور بر روی هدف، یا به دست آوردن توزیع شدت تابش معین است. امکان استفاده از روش‌های فعال در اپتیک از اوایل دهه 1950 در ارتباط با مشکل افزایش وضوح تلسکوپ‌های زمینی مورد بحث قرار گرفت، اما توسعه فشرده اپتیک تطبیقی ​​پس از ایجاد اصلاح‌کننده‌های با کارآمدی کافی (آینه‌های کنترل‌شده) آغاز شد. WF متر (حسگر). ساده‌ترین سیستم تطبیقی ​​شامل یک آینه تخت است که می‌توان شیب آن را تغییر داد، که باعث از بین رفتن لرزش تصویر هنگام مشاهده در یک فضای متلاطم می‌شود. در سیستم های پیچیده تر، تصحیح کننده هایی با درجات آزادی زیاد برای جبران انحرافات مرتبه بالاتر استفاده می شود. یک طرح معمولی برای سازماندهی کنترل در یک سیستم تطبیقی ​​(شکل) بر اساس اصل بازخورد است. بخشی از شار نور پس از اصلاح کننده منشعب می شود و وارد سنسور WF می شود، جایی که انحرافات باقی مانده اندازه گیری می شود. این اطلاعات برای تولید سیگنال هایی در واحد کنترل استفاده می شود که روی اصلاح کننده عمل می کند و انحرافات باقیمانده را کاهش می دهد. آنها حداقل می شوند، کیفیت تصویر بهبود می یابد.

سیستم هایی وجود دارند که نیازی به استفاده از سنسورهای WF ندارند. در این مورد، به حداقل رساندن اعوجاج با وارد کردن عمدی اختلالات تست در WF (روش صدای دیافراگم) انجام می شود. سپس تأثیر اختلالات تست بر کیفیت عملکرد سیستم در واحد کنترل تجزیه و تحلیل می‌شود و پس از آن سیگنال‌های کنترلی تولید می‌شوند که WF را بهینه می‌کنند. سیستم های صدای دیافراگم به زمان زیادی برای تنظیم تصحیح کننده نیاز دارند، زیرا این فرآیند چندین بار تکرار می شود تا به طور قابل توجهی اعوجاج کاهش یابد.

کارایی یک سیستم نوری تطبیقی ​​تا حد زیادی با کمال اصلاح کننده اعمال شده تعیین می شود. در ابتدا، عمدتاً از آینه های کامپوزیتی (قطعه ای) متشکل از چندین بخش استفاده می شد که می توانستند با استفاده از محرک های پیزوالکتریک یا به روشی دیگر نسبت به یکدیگر جابجا شوند. پس از آن، آینه های انعطاف پذیر ("غشاء") با سطح دائماً تغییر شکل پذیر گسترده شدند. در آغاز قرن بیست و یکم، تکنیک تصحیح WF به طور قابل توجهی بهبود یافته بود. علاوه بر انواع مختلف آینه‌های قابل کنترل، از تعدیل‌کننده‌های فاز کریستال مایع استفاده می‌شود که هم در بازتاب (مانند آینه‌ها) و هم در انتقال کار می‌کنند. تعدادی از طرح ها به کوچک سازی آنها و ایجاد دستگاه های ادغام شده در یک واحد واحد با الکترونیک کنترل اجازه می دهد که امکان ایجاد سیستم های انطباقی فشرده و نسبتاً ارزان را فراهم می کند. با این حال، با وجود توسعه نسل جدیدی از اصلاح کننده های فاز، آینه های انعطاف پذیر سنتی به دلیل افت نور کم و طراحی نسبتا ساده اهمیت خود را حفظ می کنند. روش های نوری غیرخطی اصلاح اعوجاج بر اساس پدیده معکوس جبهه موج نیز در سیستم های لیزری استفاده می شود. گاهی اوقات از این رویکرد به عنوان اپتیک تطبیقی ​​غیرخطی یاد می شود.

متن: Vorontsov M. A.، Shmalgauzen V. I. اصول اپتیک تطبیقی. م.، 1985; Taranenko VG، اپتیک تطبیقی ​​Shanin OI. م.، 1990; Lukin VP، Fortes BV تشکیل تطبیقی ​​پرتوها و تصاویر در جو. نووسیب.، 1999.

V. I. SHmalgauzen.

در یک محیط ناهمگن، با کمک عناصر نوری کنترل شده. وظایف اصلی اپتیک تطبیقی ​​افزایش حد تفکیک دستگاه های رصدی، غلظت تابش نوری روی گیرنده یا هدف و غیره است.

اپتیک تطبیقی ​​در طراحی تلسکوپ های نجومی مبتنی بر زمین، در سیستم های ارتباطی نوری، در فناوری لیزر صنعتی، در چشم پزشکی و غیره کاربرد پیدا می کند، جایی که جبران اعوجاجات جوی، انحرافات سیستم های نوری، از جمله نوری را ممکن می سازد. عناصر چشم انسان

یوتیوب دایره المعارفی

  • 1 / 5

    از نظر ساختاری، یک سیستم نوری تطبیقی ​​معمولاً از یک سنسور که اعوجاج را اندازه‌گیری می‌کند (حسگر جبهه موج)، یک تصحیح‌کننده جبهه موج، و یک سیستم کنترلی است که ارتباط بین سنسور و تصحیح‌کننده را اجرا می‌کند.

    سنسورهای جبهه موج

    روش های مختلفی وجود دارد که امکان ارزیابی کیفی و اندازه گیری کمی نمایه جبهه موج را فراهم می کند. در حال حاضر محبوب ترین آنها نوع تداخل و سنسورهای Shack-Hartmann هستند.

    عمل سنسورهای تداخل بر اساس افزودن منسجم دو موج نوری و تشکیل یک الگوی تداخل با شدتی است که به جبهه موج اندازه گیری شده بستگی دارد. در این حالت به عنوان موج نوری دوم (مرجع) می توان از موجی که از تابش مورد مطالعه به وسیله فیلتر فضایی به دست می آید استفاده کرد.

    سنسور نوع Shack-Hartmann از مجموعه ای از ریز لنزها و یک آشکارساز نوری واقع در صفحه کانونی آنها تشکیل شده است. هر لنز معمولاً 1 میلی متر یا کوچکتر است. لنزهای حسگر جبهه موج بررسی شده را به زیر دیافراگم ها (دیافراگم یک میکرولنز) تقسیم می کنند و مجموعه ای از نقاط کانونی را در صفحه کانونی تشکیل می دهند. موقعیت هر یک از نقاط بستگی به شیب محلی جبهه موج پرتوی دارد که به ورودی سنسور رسیده است. با اندازه گیری جابجایی های عرضی نقاط کانونی، می توان میانگین زوایای شیب جبهه موج را در هر یک از زیر دیافراگم ها محاسبه کرد. این مقادیر برای محاسبه نمایه جبهه موج در کل دیافراگم سنسور استفاده می شود.

    اصلاح کننده های جبهه موج

    آینه تطبیقی ​​(تغییر شکل). (انگلیسی)محبوب ترین ابزار برای کنترل جبهه موج و تصحیح انحراف نوری است. ایده اصلاح جبهه موج توسط یک آینه مرکب توسط V. P. Linnik در سال 1957 پیشنهاد شد. امکان ایجاد چنین سیستمی از اواسط دهه 1990 در ارتباط با توسعه فناوری و با امکان کنترل و نظارت دقیق رایانه ای ظاهر شد.

    به طور خاص، آینه های یک شکل (نیمه منفعل-بیمورف) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. چنین آینه ای از یک صفحه نازک ساخته شده از یک ماده پیزوالکتریک تشکیل شده است که الکترودها به روش خاصی روی آن قرار گرفته اند. صفحه به یک بستر متصل می شود که در سطح جلویی آن یک سطح نوری تشکیل شده است. هنگامی که یک ولتاژ به الکترودها اعمال می شود، صفحه پیزوالکتریک منقبض می شود (یا منبسط می شود) که باعث خم شدن سطح نوری آینه می شود. آرایش فضایی ویژه الکترودها امکان تشکیل نقش برجسته های سطحی پیچیده را فراهم می کند.

    سرعت کنترل شکل آینه تطبیقی ​​به آن اجازه می دهد تا برای جبران انحرافات دینامیکی در زمان واقعی استفاده شود.

    در کاربردهای نجومی، سیستم‌های اپتیک تطبیقی ​​به یک منبع مرجع نیاز دارند که به عنوان استاندارد روشنایی برای تصحیح اعوجاج ناشی از تلاطم اتمسفر عمل کند، و باید در فاصله زاویه‌ای به اندازه کافی نزدیک از منطقه آسمان مورد مطالعه قرار گیرد. برخی از سیستم ها از یک "ستاره مصنوعی" به عنوان منبعی استفاده می کنند که با تحریک اتم های سدیم در 90 کیلومتری سطح زمین توسط لیزر زمینی ایجاد شده است.

همچنین بخوانید