Osion laativat Nikolai Nosyrev ja Oleg Vilkov

Mukautuva optiikka(AO) - optiikkahaara, joka kehittää optisia järjestelmiä aaltorintaman muodon dynaamisella ohjauksella kompensoimaan satunnaisia ​​häiriöitä ja lisäämään havaintolaitteiden resoluutiorajaa, vastaanottimen tai kohteen säteilypitoisuuden astetta.

Pääongelma, joka voidaan ratkaista adaptiivisella optiikkajärjestelmällä, on eliminoida hallitsemattomien satunnaisvaikutusten aiheuttamat aaltorintamahäiriöt. Tunnetuimpia tämän tyyppisiä järjestelmiä ovat:

maanpäälliset teleskoopit, maan ilmakehän epähomogeenisuuden vuoksi näiden järjestelmien resoluutio on heikentynyt

järjestelmät lasersäteilyn muodostamiseen ja fokusointiin

ilmakehässä toimivat lasermittausjärjestelmät

· suuritehoisten lasereiden optiset järjestelmät.

Adaptiivisten optisten järjestelmien toteutus määräytyy sen ratkaisemien tehtävien erityisten mukaan. Yleiset periaatteet tällaisten järjestelmien rakentamiselle ovat kuitenkin samat.

On järjestelmiä, joissa on lähtevä aalto, jossa valonlähteen aaltorintamaa korjataan, ja järjestelmiä, joissa on vastaanotettu aalto, joissa korjataan havaitusta kohteesta tuleva valokenttä. Molemmat vuorostaan ​​voidaan toteuttaa vaihekonjugaation ja aukon luotauksen periaatteilla.

Vaihekonjugaatiojärjestelmässä valonsäde heijastuu kohteen (kohteen) pieneltä alueelta muodostaen pallomaisen aallon, joka kulkee takaisin valon etenemisreittiä pitkin ja joutuu samaan vääristymään kuin emittoitu aalto. Tuleva heijastunut aalto menee aaltorintaman anturiin, jossa radalla havaitaan vääristymiä. Tietojenkäsittelylaite laskee tarvittavan aaltorintaman korjauksen, jonka laite suorittaa aaltorintamaan vaikuttamiseksi.

Apertuuriluotauksen periaate perustuu mahdollisuuteen tuoda aaltorintamiin testihäiriöitä, jotka muuntuvat signaalin amplitudihäiriöiksi. Analysoimalla kohteesta heijastuneen valon intensiteetin muutoksia, he tekevät johtopäätöksen vaiheenmuutoksen merkistä ja muuttavat aaltorintamaa, kunnes fokusointi kohteeseen on optimoitu.

Järjestelmät, joissa on vastaanotettu aalto, toimivat samalla tavalla. Vaihekonjugaatiojärjestelmissä osa vastaanotetusta valosta, jossa on vääristynyt aaltorintama, ohjataan aaltorintaman anturiin. Vastaanotettua tietoa käytetään kompensoivan vaikutuksen luomiseen vastaanotettuun aaltorintamaan. Tämän seurauksena vain diffraktiolla rajoitettu kuva muodostuu ihanteellisesti vastaanottimeen.

Apertuuriluotausjärjestelmissä koehäiriöt tuodaan vastaanotettuun aaltorinttiin ja niiden vaikutus arvioidaan kuvatasoon sijoitetun vastaanottimen avulla.

havaintolaitteet, optisen säteilyn pitoisuus vastaanottimessa tai kohteessa jne.

Adaptiivista optiikkaa voidaan soveltaa maanpäällisten tähtitieteellisten teleskooppien suunnittelussa, optisissa viestintäjärjestelmissä, teollisessa lasertekniikassa, oftalmologiassa jne., joissa sen avulla voidaan kompensoida vastaavasti ilmakehän vääristymiä, optisten järjestelmien poikkeavuuksia, mukaan lukien ihmissilmän optiset elementit.

Mukautuva optinen järjestelmä

Rakenteellisesti adaptiivinen optinen järjestelmä koostuu yleensä vääristymää mittaavasta anturista (aaltorintaman anturi), aaltorintaman korjauslaitteesta ja ohjausjärjestelmästä, joka toteuttaa anturin ja korjaimen välisen yhteyden.

Aaltorintaman anturit

On olemassa useita menetelmiä, jotka mahdollistavat sekä kvalitatiivisen arvioinnin että kvantitatiivisen aaltorintaman profiilin mittaamisen. Tällä hetkellä suosituimpia ovat häiriötyyppiset ja Shack-Hartmann-tyyppiset anturit.

Häiriöantureiden toiminta perustuu kahden valoaallon koherenttiin yhteenliittämiseen ja häiriökuvion muodostumiseen, jonka intensiteetti riippuu mitatusta aaltorintamasta. Tässä tapauksessa toisena (referenssi)valoaaltona voidaan käyttää tutkitusta säteilystä spatiaalisella suodatuksella saatua aaltoa.

Shack-Hartmann-tyyppinen anturi koostuu joukosta mikrolinssejä ja niiden polttotasossa sijaitsevasta valodetektorista. Jokainen linssi on tyypillisesti 1 mm tai pienempi. Anturilinssit jakavat tutkitun aaltorintaman aliapertuureihin (yhden mikrolinssin aukkoon), jotka muodostavat joukon polttopisteitä polttotasoon. Kunkin pisteen sijainti riippuu anturin sisäänmenoon saapuneen säteen aaltorintaman paikallisesta kaltevuudesta. Mittaamalla polttopisteiden poikittaissiirtymät voidaan laskea aaltorintaman keskimääräiset kallistuskulmat kussakin osa-aukossa. Näitä arvoja käytetään aaltorintaman profiilin laskemiseen koko anturin aukon yli.

Aaltorintaman korjaimet

Mukautuva (muodostuva) peili ( Englanti) on suosituin työkalu aaltorintaman ohjaukseen ja optisen poikkeaman korjaamiseen. Ajatuksen aaltorintaman korjauksesta yhdistepeilillä ehdotti V. P. Linnik vuonna 1957. Mahdollisuus tällaisen järjestelmän luomiseen on ilmaantunut 1990-luvun puolivälistä lähtien tekniikan kehityksen ja tarkan tietokoneohjauksen ja valvonnan mahdollisuuksien myötä.

Erityisesti unimorfisia (puolipassiivisia-bimorfisia) peilejä käytetään laajalti. Tällainen peili koostuu ohuesta pietsosähköisestä materiaalista tehdystä levystä, jolle elektrodit on järjestetty erityisellä tavalla. Levy on kiinnitetty alustaan, jonka etupinnalle muodostetaan optinen pinta. Kun elektrodeihin kohdistetaan jännite, pietsosähköinen levy supistuu (tai laajenee), mikä aiheuttaa peilin optisen pinnan taipumisen. Elektrodien erityinen tilajärjestely mahdollistaa monimutkaisten pintareliefien muodostamisen.

Mukautuvan peilin muodonsäätönopeus mahdollistaa sen käytön dynaamisten poikkeamien kompensoimiseen reaaliajassa.

Tähtitieteellisissä sovelluksissa adaptiiviset optiikkajärjestelmät tarvitsevat vertailulähteen, joka toimisi kirkkausstandardina korjaamaan ilmakehän turbulenssin aiheuttamia vääristymiä ja joka tulisi sijoittaa riittävän lähelle kulmaetäisyyttä tutkittavasta taivaan alueesta. Joissakin järjestelmissä tällaisena lähteenä käytetään "keinotähteä", joka syntyy virittämällä natriumatomeja 90 km:n korkeudessa maan pinnan yläpuolella maassa sijaitsevalla laserilla.

Katso myös

Kirjoita arvostelu artikkelista "Adaptiivinen optiikka"

Huomautuksia

Kirjallisuus

• Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Adaptiivisen optiikan periaatteet. - M .: Nauka, 1985.
• Vorontsov M. A., Koryabin A. V., Shmalgauzen V. I. Ohjatut optiset järjestelmät. - M .: Nauka, 1988.

Linkit

Ote, joka kuvaa Adaptive Opticsia

Sonya, Nataša, Petja, Anna Mihailovna, Vera, vanha kreivi, syleili häntä; ja ihmiset ja piiat täyttivät huoneet tuomitsi ja haukkoi henkeä.
Petya roikkui jaloillaan. - Ja sitten minä! hän huusi. Natasha, sen jälkeen, kun hän kumartaen häntä itselleen, suuteli hänen koko kasvojaan, hyppäsi pois hänestä ja piti kiinni hänen unkarilaisensa lattiasta, hyppäsi kuin vuohi yhdessä paikassa ja kiljui lävistävästi.
Joka puolella oli ilon kyyneleitä, jotka loistivat kyynelistä, rakastavia silmiä, joka puolella oli suudelmaa etsiviä huulia.
Sonya, punainen kuin punainen, piti myös hänen kädessään ja säteili kaikkialta hänen silmiinsä kiinnitettynä autuaan katseen, jota hän odotti. Sonya oli jo 16-vuotias, ja hän oli erittäin kaunis, varsinkin tällä onnellisen, innostuneen animaation hetkellä. Hän katsoi häntä irrottamatta silmiään, hymyili ja pidätti hengitystään. Hän katsoi häntä kiitollisena; mutta silti odottaa ja etsii jotakuta. Vanha kreivitär ei ole vielä ilmestynyt. Ja sitten ovella kuului askelia. Askeleet ovat niin nopeita, etteivät ne voineet olla hänen äitinsä.
Mutta se oli hän uudessa mekossa, joka oli hänelle tuntematon ja ommeltu ilman häntä. Kaikki jättivät hänet ja hän juoksi hänen luokseen. Kun he tulivat yhteen, hän kaatui hänen rintaan nyyhkyttäen. Hän ei voinut nostaa kasvojaan ja painoi häntä vain hänen unkarilaisen takin kylmiä nauhoja vasten. Denisov, jota kukaan ei huomannut, astui huoneeseen, seisoi siellä ja katsoi heitä ja hieroi silmiään.
"Vasili Denisov, poikasi ystävä", hän sanoi ja esitteli itsensä kreiville, joka katsoi häntä kysyvästi.
- Tervetuloa. Tiedän, tiedän", sanoi kreivi suuteltuna ja halaillen Denisovia. - Nikolushka kirjoitti ... Natasha, Vera, tässä hän on Denisov.
Samat iloiset, innostuneet kasvot kääntyivät Denisovin takkuisen hahmon puoleen ja ympäröivät häntä.
- Kultaseni, Denisov! - Natasha huudahti, viereeni ilosta, hyppäsi hänen luokseen, halasi ja suuteli häntä. Kaikki olivat hämmentyneitä Natashan teosta. Denisov myös punastui, mutta hymyili ja otti Natashan kädestä ja suuteli sitä.
Denisov vietiin hänelle valmistettuun huoneeseen, ja Rostovit kokoontuivat kaikki sohvalle Nikolushkan lähelle.
Vanha kreivitär, päästämättä irti hänen kätestään, jota hän suuteli joka minuutti, istui hänen viereensä; loput, jotka tungosivat heidän ympärillään, saivat kiinni hänen jokaisesta liikkeestään, sanastaan, katseensa eivätkä irrottaneet silmiään hänestä innostuneella rakkaudella. Veli ja sisaret väittelivät ja sieppasivat paikkoja toisiltaan lähempänä häntä ja tappelivat siitä, kuka toisi hänelle teetä, nenäliinaa, piippua.
Rostov oli hyvin iloinen hänelle osoitetusta rakkaudesta; mutta hänen tapaamisensa ensimmäinen minuutti oli niin autuas, että hänestä tuntui, ettei hänen nykyinen onnensa riittänyt, ja hän odotti jotain muuta, ja enemmän, ja enemmän.
Seuraavana aamuna vierailijat nukkuivat pois tieltä kello 10 asti.
Edellisessä huoneessa makasi sapelit, laukut, kärryt, avoimet matkalaukut, likaiset saappaat. Puhdistetut kaksi paria kannuilla oli juuri asetettu seinää vasten. Palvelijat toivat pesutelineet, kuumaa vettä parranajoa varten ja pestyt mekot. Se haisi tupakalta ja miehiltä.
- Hei, G "narttu, t" ubku! huusi Vaska Denisovin käheä ääni. - Rostov, nouse ylös!
Rostov nosti sotkeutuneen päänsä kuumalta tyynyltä hieroen yhteen juuttuneita silmiään.
- Mikä on myöhässä? "On myöhä, kello 10", Natashan ääni vastasi, ja viereisessä huoneessa kuului tärkkelyksissä olevien mekkojen kahinaa, tyttömäisten äänien kuiskausta ja naurua, ja jotain sinistä, nauhat, mustat hiukset ja iloiset kasvot välähti hieman. avoin ovi. Se oli Natasha Sonyan ja Petyan kanssa, jotka tulivat katsomaan, nousiko hän ylös.
- Nicholas, nouse ylös! Natashan ääni kuului jälleen ovella.
- Nyt!
Tällä hetkellä Petya, joka oli ensimmäisessä huoneessa, näki ja tarttui sapeliin ja koki ilon, jonka pojat kokevat nähdessään sotaisan vanhemman veljen, ja unohtaen, että sisarusten on sopimatonta nähdä pukeutuneita miehiä.
- Onko se sinun miekkasi? hän huusi. Tytöt hyppäsivät takaisin. Denisov, peloissaan silmin, piilotti takkuiset jalkansa huopaan ja katsoi ympärilleen apua tovereiltaan. Ovi päästi Petyan läpi ja sulkeutui uudelleen. Oven ulkopuolella kuului naurua.
- Nikolenka, tule ulos aamutakissa, - Natashan ääni sanoi.
- Onko se sinun miekkasi? Petya kysyi: "Vai onko se sinun?" - nöyrällä kunnioituksella hän kääntyi viiksiiseen, mustaan ​​Denisoviin.
Rostov puki kiireesti kenkänsä jalkaan, puki aamutakin päälle ja meni ulos. Natasha puki jalkaan yhden saappaan kannuksella ja kiipesi toiseen. Sonya pyöri ja halusi vain täyttää mekkonsa ja istua alas, kun hän tuli ulos. Molemmat olivat samoissa, upouusi, siniset mekot - raikkaat, punertavat, iloiset. Sonya juoksi karkuun, ja Natasha otti veljeään käsivarresta ja johdatti hänet sohvahuoneeseen, ja he alkoivat puhua. Heillä ei ollut aikaa kysyä toisiltaan ja vastata kysymyksiin tuhansista pienistä asioista, jotka voisivat kiinnostaa vain heitä yksin. Natasha nauroi jokaiselle sanalle, jonka hän sanoi ja jonka hän sanoi, ei siksi, että heidän sanomansa olisi ollut hauskaa, vaan koska hänellä oli hauskaa eikä hän kyennyt hillitsemään nauruun ilmaistua iloaan.
- Voi kuinka hyvä, erinomainen! hän sanoi kaikkeen. Rostov tunsi, kuinka rakkauden kuumien säteiden vaikutuksesta ensimmäistä kertaa puoleentoista vuoteen hänen sielussaan ja kasvoissaan kukkii se lapsellinen hymy, jota hän ei ollut koskaan hymyillyt kotoa lähtemisen jälkeen.
"Ei, kuule", hän sanoi, "oletko sinä nyt mies? Olen todella iloinen, että olet veljeni. Hän kosketti hänen viiksiään. - Haluan tietää, millaisia ​​miehiä olette? Ovatko he kuten me? Ei?
Miksi Sonya pakeni? Rostov kysyi.
- Joo. Se on toinen koko tarina! Kuinka aiot puhua Sonyan kanssa? Sinä vai sinä?

St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics

Fotoniikan ja optoinformatiikan tiedekunta

Tietokonefotoniikan ja videoinformatiikan laitos

järjestelmäteorian ja järjestelmäanalyysin alalla

« ADAPTIIVISTEN OPTISTIEN JÄRJESTELMIEN MODERNIKOMPONENTIEN OMINAISUUKSIEN ANALyyTTINEN KATSAUS»

Opiskelija: Romanov I.E.

Ryhmä: 4352

Luennoitsija: Gurov I.P.

Pietari

Johdanto …………………………………………………………………………….2

Mukautuva optinen järjestelmä……………………………………………………3

Aaltorintaman anturit ………………………………………………..………..5

Aaltorintaman korjaimet…………………………………………….………..9

1) Segmentoidut peilit ……………………………………………………………………….. .............. kymmenen

2) Peilit, joissa on kiinteä pinta……………………………………11

2.1) Bimorfiset peilit……………………………………………………….

2.2) Kalvopeilit……………………………………………….14

3) MOEMS (piitekniikka)…………………………………………14

Johtopäätös………………………………………………………

Viitteet …………………………………………………………………16

Lisätietolähteet…………………………………… ..17

Johdanto

Adaptiivinen optiikka (AO) on optiikka-ala, joka käsittelee optisten järjestelmien kehittämistä aaltorintaman muodon dynaamisella ohjauksella kompensoimaan satunnaisia ​​häiriöitä ja lisäämään havainnointilaitteiden resoluutiorajaa, säteilyn pitoisuuden astetta vastaanottimessa tai kohteessa. Mukautuva optiikka alkoi kehittyä intensiivisesti 1950-luvulla. ilmakehän turbulenssin aiheuttamien etuvääristymien kompensointiongelman yhteydessä, jotka asettavat päärajoituksen maassa sijaitsevien teleskooppien resoluutiolle. Myöhemmin tähän lisättiin ongelmat luoda orbitaaliteleskooppeja ja tehokkaita lasersäteilijöitä, jotka altistuvat muunlaisille häiriöille.

Mukautuva optiikka löytää sovelluksen useilla tieteen ja tekniikan aloilla. Esimerkiksi maanpäällisten tähtitieteellisten teleskooppien suunnittelussa, optisissa viestintäjärjestelmissä, teollisessa lasertekniikassa, lääketieteessä jne., joissa se mahdollistaa vastaavasti ilmakehän vääristymien, optisten järjestelmien aberraatioiden kompensoinnin, mukaan lukien optisten järjestelmien optiset elementit. ihmisen silmä.

Tämän työn tarkoituksena on tutkia adaptiivisia optisia järjestelmiä sekä tehdä analyyttinen katsaus niiden komponenttien ominaisuuksiin.

Mukautuva optinen järjestelmä

Amerikkalainen tähtitieteilijä Horace Babcock (Babcock H.W) toi ensimmäisen kerran vuonna 1953 esiin mahdollisuuden korjata kuvan ilmakehän vääristymiä muotoaan muuttavan peilin avulla. Hän ehdotti sellaisen instrumentin luomista, joka mittaisi dynaamisia ilmakehän vääristymiä reaaliajassa ja korjaa niitä käyttämällä nopeasti viritettäviä muotoa muuttavia optisia elementtejä. Hänen ideoitaan ei kuitenkaan tuolloin ollut mahdollista toteuttaa rajallisen tekniikan vuoksi.

Pääongelma, joka voidaan ratkaista adaptiivisella optiikkajärjestelmällä, on eliminoida hallitsemattomien satunnaisvaikutusten aiheuttamat aaltorintamahäiriöt. Tunnetuimpia tämän tyyppisiä järjestelmiä ovat:

Maapohjaiset teleskoopit, maan ilmakehän epähomogeenisuuden vuoksi, näiden järjestelmien resoluutio on heikentynyt.

Järjestelmät lasersäteilyn muodostamiseen ja fokusointiin.

Ilmakehässä toimivat lasermittausjärjestelmät.

Suuritehoisten lasereiden optiset järjestelmät.

Adaptiivisten optisten järjestelmien toteutus määräytyy sen ratkaisemien tehtävien erityisten mukaan. Yleiset periaatteet tällaisten järjestelmien rakentamiselle ovat kuitenkin samat. Rakenteellisesti adaptiivinen optinen järjestelmä koostuu yleensä vääristymää mittaavasta anturista (aaltorintaman anturi), aaltorintaman korjauslaitteesta ja ohjausjärjestelmästä, joka toteuttaa anturin ja korjaimen välisen yhteyden. Mukautuvan optisen järjestelmän yleinen kaavio on esitetty kuvassa. yksi. .

Riisi. yksi. Mukautuvan optisen järjestelmän yleinen kaavio

Aaltorintaman anturit

Aaltorintaman anturi (WFS) on yksi adaptiivisen lasersäteilyn korjausjärjestelmän elementeistä. Sen tehtävänä on mitata aaltorintaman kaarevuus ja välittää nämä mittaukset käsittelylaitteeseen (kuva 2).

Riisi. 2. Kuva vääristyneestä aaltorintamasta, joka on saatu käyttämällä mikrolinssejä.

Aaltorintaman kaarevuuden tärkeimmät syyt ovat:

Ilmakehän turbulenssi.

Järjestelmän optisten elementtien ei-ideaaliset muodot.

Virheet järjestelmän säätöissä jne.

Nykyään on olemassa laaja valikoima vesipolitiikan puitesäädöksiä. Yleisin perustuu kuitenkin Shack-Hartmannin malliin (kuva 3.).

Riisi. 3. Tyypillinen kaavio Hartmann-anturista

Tällaisen anturin historia alkoi 1900-luvulla, kun saksalainen fyysikko ja tähtitieteilijä Johannes Franz Hartmann päätti käyttää monia pieniä aukkoja seuratakseen yksittäisten valonsäteiden reittiä suuren kaukoputken läpi, jolloin hän pystyi tarkistamaan kuvanlaadun. Myöhemmin, 1960-luvulla, Roland Shack ja Ben Platt muokkasivat tätä tekniikkaa korvaamalla aukot useilla objektiiveilla (linssimäinen järjestelmä).

Tällaista anturia käytetään useimmiten aaltorintaman korjausjärjestelmissä sen ansioiden vuoksi. Yksi Shack-Hartmann-anturin tärkeimmistä eduista on sen kyky mitata monenlaisia ​​aaltorintaman kaltevuusalueita, kun vääristymiä ei voida mitata muilla menetelmillä (esim. häiriö). Tällaista anturia voidaan käyttää kollimoimattoman lasersäteen profiilin poikkeamien määrittämiseen. Lisäksi sillä on alhainen herkkyys mekaanisille tärinälle, ja se voi toimia suuritehoisilla pulsseilla ja femtosekunnin kestolla.

Shack-Hartmann-tyyppinen anturi koostuu joukosta mikrolinssejä ja niiden polttotasossa sijaitsevasta valodetektorista. Jokainen linssi on tyypillisesti 1 mm tai pienempi. Anturilinssit jakavat tutkitun aaltorintaman aliapertuureihin (yhden mikrolinssin aukkoon), jotka muodostavat joukon polttopisteitä polttotasoon. Kunkin pisteen sijainti riippuu anturin sisäänmenoon saapuneen säteen aaltorintaman paikallisesta kaltevuudesta. Mittaamalla polttopisteiden poikittaissiirtymät voidaan laskea aaltorintaman keskimääräiset kallistuskulmat kussakin osa-aukossa. Näitä arvoja käytetään aaltorintaman profiilin laskemiseen koko anturin aukon yli.

Riisi. 4. Aaltorintaman anturin toimintaperiaate

Kun tuleva aaltorintama on tasainen, kaikki kuvat järjestetään oikeaan ruudukkoon, jonka linssiryhmän geometria määrittää. Heti kun aaltorintama vääristyy, kuvat siirtyvät nimellispaikoistaan. Kuvakeskittymien siirtymät kahdessa ortogonaalisessa suunnassa ovat verrannollisia aaltorintaman keskimääräisiin kaltevuuksiin näissä suunnissa osa-aukkoja pitkin. Siten Shack-Hartmann WFS (SH-H WFS) mittaa aaltorintaman kaltevuutta. Itse aaltorintama rekonstruoidaan (palautetaan) mitattujen kaltevuuden joukosta vakioon, jolla ei ole merkitystä kuvan kannalta.

DWF Shack-Garmanin ominaisuudet:

Mitattujen aberraatioiden amplitudi on jopa 15 µm.

Mittaustarkkuus - λ/100 (RMS).

Tulosäteilyn halkaisija - 8...100 mm.

Shack-Hartmann WFS:ssä on kuitenkin yksi merkittävä haittapuoli: ylikuuluminen CCD-ryhmissä. Ne syntyvät, kun riittävän voimakkaasti vääristynyt aaltorintama osuu matriisiin, koska voimakkailla poikkeamilla se voi mennä alariviensä ulkopuolelle ja pudota naapurimatriisiin. Siten syntyy väärä paikka.

Mutta nykyään ylikuulumisesta johtuvat virheet eliminoidaan kehittyneillä algoritmeilla. Niiden avulla voit seurata ja näyttää paikan todellisen sijainnin tarkasti. Nykyaikainen algoritmien kehitys ja valmistustarkkuus mahdollistavat näiden antureiden laajentamisen. Nykyään ne ovat löytäneet sovelluksen erilaisissa kuvanvarmistusjärjestelmissä.

Aaltorintaman korjaimet

Mukautuva peili on adaptiivisen optisen järjestelmän toimeenpaneva aktiivinen elementti, jossa on heijastava pinta, jolla on muotoaan muuttava profiili. Muotoutuvat peilit ovat kätevin työkalu aaltorintaman hallintaan ja optisten poikkeamien korjaamiseen.

Adaptiivisten peilien tärkeimmät ominaisuudet:

Liikealue (jolle on ominaista ohjauslaitteen herkkyys peilissä (yleensä herkkyys ilmaistaan ​​pinnan liikkeinä mikrometreinä ohjausjännitteen noustessa 1 V)).

Paikallisen muodonmuutoksen alue (heijastaa peilin vapausasteiden lukumäärää (voidaan antaa yhden käyttölaitteen toiminnan aiheuttaman yksikköamplitudin muodonmuutoksen tehollisella leveydellä; tätä muodonmuutosta kuvaavaa funktiota kutsutaan vastefunktioksi )).

Taajuuskaistanleveys (määräytyy käytetyn taajuusmuuttajan nopeuden mukaan (rajoitettu ylhäältäpäin itse peilirakenteen mekaanisten resonanssien mukaan)).

Rakenteellisesti mukautuvat peilit voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään:

1) Segmentoidut peilit.

2) Peilit, joissa on jatkuva pinta.

Segmentoiduissa peileissä jokainen yksittäinen osa sallii liikkumisensa ja kallistuksensa (tai vain liikkeen). Kiinteä peili erikoiskäyttöjen vaikutuksesta kokee monimutkaisia ​​muodonmuutoksia.

Yhden tai toisen mallin valinta määräytyy sen järjestelmän erityispiirteiden mukaan, jossa sitä käytetään. Tärkeimmät tässä tapauksessa huomioon otettavat tekijät ovat peilipinnan kokonaiskoko, paino ja laatu.

Segmentoidut peilit

Segmentoidut peilit koostuvat erillisistä itsenäisistä tasopeileistä. Jokaista segmenttiä voidaan siirtää lyhyen matkan ja takaisin aaltorintaman keskiarvon korjaamiseksi.

Sektioidut mukautuvat peilit, joissa on osien translaatioliike (kuva 5, a), mahdollistavat vain yksittäisten osien signaalien (optisen polun pituus) ja osien liikkeen ja kaltevuuden peilien välisten ajallisten vaihesuhteiden muuttamisen (kuva 5, b) - myös spatiaalinen vaihe .

Riisi. 5. Ostetut mukautuvat peilit: a) osien translaatioliikkeellä, b) osien liikkeellä ja kallistuksella

Jakopeilien merkittäviä haittoja ovat tarve hallita erillisen osan sijaintia ja sen pinnan tilaa sekä tällaisten peilien lämpöstabilointijärjestelmän toteuttamisen monimutkaisuus.

1) Toimilaitteiden lukumäärä - 100 - 1500.

2) Raot toimilaitteiden välillä - 2-10 mm.

3) Elektrodien muoto on suorakulmainen tai kuusikulmainen.

5) Liikeamplitudi - useita mikroneja.

6) Resonanssitaajuus on muutamia kilohertsejä.

7) Kustannukset ovat korkeat.

Peilit kiinteällä pinnalla

Erilliskäyttöiset peilit (kuva 6.) muodostetaan ohuen muotoaan muuttavan kalvon etupinnalle. Levyn muotoa ohjaavat useat erilliset käyttölaitteet, jotka on kiinnitetty sen takaseinään. Peilin muoto riippuu etupaneeliin vaikuttavien voimien yhdistelmästä, reunaehdoista (miten levy kiinnitetään peiliin) sekä levyn geometriasta ja materiaalista.

Nämä peilit mahdollistavat aaltorintaman sujuvan ohjauksen erittäin suurella määrällä (jopa useisiin tuhansiin) vapausasteita.

Riisi. 6. Kaavio peilistä erillisillä asemilla.

Bimorfiset peilit

Bimorfinen peili (kuva 7.) koostuu kahdesta pietsosähköisestä levystä, jotka on kiinnitetty toisiinsa ja polarisoitu vastakkaisiin suuntiin (akselien suuntaisesti). Näiden levyjen välissä on joukko elektrodeja. Etu- ja takapinnat on maadoitettu. Peilin etupuolta käytetään heijastavana pintana.

Kuva 7. Kaavio bimorfisesta peilistä.

Sillä hetkellä, kun elektrodiin syötetään jännite, yksi levyistä puristuu ja vastakkainen venytetään, mikä johtaa paikalliseen kaareutumiseen. Peilin paikallinen kaarevuus on verrannollinen käytettyyn jännitteeseen, minkä vuoksi näitä muotoaan muuttavia peilejä kutsutaan myös kaarevuuspeileiksi.

Segmentoitujen muotoaan muuttavien peilien tyypilliset parametrit:

1) Toimilaitteiden lukumäärä - 18 - 35

2) Toimilaitteiden väliset raot ovat 30-200 mm.

3) Elektrodien muoto on säteittäinen.

5) Resonanssitaajuus - yli 500 Hz.

6) Kustannukset ovat kohtuulliset.

kalvopeilit.

Näiden peilien kalvon muodonmuutos saavutetaan magneettikentän vaikutuksesta. Sarja magneetteja on kiinnitetty kalvoon suoraan solenoideja vastapäätä. Kun virta kulkee solenoidien läpi, syntyy Laplace-voimia, jotka muuttavat kalvoa.

MOEMS (piitekniikka)

MOEMS (Kuva 8.) - mikro-opto-elektromekaaniset järjestelmät. Tällaiset mukautuvat peilit valmistetaan mikrolitografialla, kuten elektroniset mikropiirit, peilin pienten elementtien taipuminen tapahtuu sähköstaattisten voimien avulla. MOEMS:n haittoja ovat riittämättömät liikkeet ja peilielementtien pieni koko.

Kuva 8. MOEMS-peilin toimintaperiaate

Toinen menetelmä valon vaiheen säätämiseksi on nestekiteiden käyttö, kuten monitoreissa, joissa on jopa miljoona ohjattavaa elementtiä. Viime aikoihin asti nestekiteet olivat hyvin hitaita, mutta nyt tämä rajoitus on voitettu. Vaikka nestekiteiden aiheuttama vaihesiirtymä pysyy hyvin pienenä, ja lisäksi ei pidä unohtaa, että se riippuu aallonpituudesta.

Johtopäätös

Tutkittuamme adaptiivisten optisten järjestelmien komponenttien suunnittelua ja ominaisuuksia tämän työn aikana voimme päätellä, että uudentyyppisten AOS-komponenttien kehitys ei pysähdy. Uusi kehitys fotoniikan ja optisten materiaalien alalla mahdollistaa edistyneempien adaptiivisten järjestelmäkomponenttien luomisen, jotka ovat parempia kuin edeltäjänsä.

Bibliografia:

Wirth A., Gonsirovskiy T. Mukautuva optiikka: ilmakehän turbulenssin sovitus // Fotnika, 2007, numero 6, s. 10-15.

Berchenko E.A., Kalinin Yu.A., Kiselev V.Yu., Polynkin M.A. Wavefront sensors // Laser-optiset järjestelmät ja tekniikat, 2009, s. 64–69.

A.G. Aleksandrov, V.E. Zavalova, A.V. Kudryashov, A.L. Rukosuev, P.N. Romanov, V.V. Samarkin, Yu.V. Sheldakova, "Shack - Hartmann aaltorintaman anturi suuritehoisten pulssipulssiisten puolijohdelaserien parametrien mittaamiseen", KVANTTI ELEKTRONI, 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 A.S., Muovautuvat peilit teho- ja tietolaserjärjestelmiin // ja teknologiat, Federal State Unitary Enterprise "NPO ASTROPHYSICS", M., 2009, s. 54–58

Vorontsov M.A., Shmalgauzen V.I., Adaptiivisen optiikan periaatteet, // Moscow, Nauka, (1985), s. 336.

Vorontsov M.A., Koryabin A.V., Shmalgauzen V.I., Ohjatut optiset järjestelmät. // Moskova, Nauka, (1988), s. 275.

Krasheninnikov V. R. Kuvien geometrisen muunnoksen parametrien arviointi kiinteän pisteen menetelmällä / V. R. Krasheninnikov, M. A. Potapov // Pattern Recognition and Image Analysis. - 2012. - Vol. 22, nro 2. – s. 303–317.

Lisätietolähteet:

Laserportaali: http://www.laserportal.ru//

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

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

ADAPTIVE OPTICS, optiikka-ala, joka kehittää menetelmiä ja työkaluja aaltorintaman (WF) muodon ohjaamiseen vääristymien (poikkeamien) eliminoimiseksi, joita syntyy, kun valonsäde etenee optisesti epähomogeenisessa väliaineessa (esimerkiksi turbulentissa ilmakehässä) ) tai optisen järjestelmän elementtien puutteista.

Adaptiivisen korjauksen tarkoituksena on lisätä optisten instrumenttien resoluutiota, lisätä säteilyn pitoisuutta vastaanottimessa, saavuttaa mahdollisimman terävä valonsäteen kohdistus kohteeseen tai saada tietty säteilyn intensiteettijakauma. Aktiivimenetelmien käyttömahdollisuuksista optiikassa on keskusteltu 1950-luvun alusta lähtien maanpäällisten teleskooppien resoluution lisäämisongelman yhteydessä, mutta adaptiivisen optiikan intensiivinen kehitys alkoi riittävän tehokkaiden korjainten (ohjattujen peilien) luomisen ja WF-mittarit (anturit). Yksinkertaisin mukautuva järjestelmä sisältää yhden litteän peilin, jonka kallistusta voidaan muuttaa, mikä eliminoi kuvan "värähtelyn" myrskyisän ilmakehän läpi katsottaessa. Monimutkaisemmissa järjestelmissä korjaajia, joilla on suuri määrä vapausasteita, käytetään kompensoimaan korkeamman asteen aberraatioita. Tyypillinen kaava ohjauksen järjestämiseksi mukautuvassa järjestelmässä (kuva) perustuu takaisinkytkentäperiaatteeseen. Osa korjaimen jälkeisestä valovirrasta haarautuu ja menee WF-anturiin, jossa mitataan jäännöspoikkeamat. Näitä tietoja käytetään ohjausyksikön signaalien tuottamiseen, jotka vaikuttavat korjaimeen ja vähentävät jäännöspoikkeavuuksia. Niistä tulee minimaalisia, kuvanlaatu paranee.

On järjestelmiä, jotka eivät vaadi VF-anturien käyttöä. Tässä tapauksessa vääristymien minimointi suoritetaan tuomalla tietoisesti testihäiriöitä WF:ään (aperture sounding method). Sitten ohjausyksikössä analysoidaan testihäiriöiden vaikutusta järjestelmän toiminnan laatuun, minkä jälkeen generoidaan ohjaussignaaleja, jotka optimoivat WF:n. Aukon luotausjärjestelmät vaativat paljon aikaa korjaimen säätämiseen, koska prosessi toistetaan useita kertoja vääristymien vähentämiseksi huomattavasti.

Adaptiivisen optisen järjestelmän tehokkuus määräytyy suurelta osin käytetyn korjaimen täydellisyyden perusteella. Alussa käytettiin pääasiassa komposiitti- (segmentoituja) peilejä, jotka koostuivat useista segmenteistä, joita voitiin siirtää suhteessa toisiinsa pietsosähköisillä toimilaitteilla tai muulla tavalla. Myöhemmin joustavat ("kalvo") peilit, joilla on jatkuvasti muotoaan muuttava pinta, yleistyivät. 2000-luvun alkuun mennessä WF-korjaustekniikka oli parantunut merkittävästi. Erityyppisten ohjattavien peilien lisäksi käytetään nestekidefaasimodulaattoreita, jotka voivat toimia sekä heijastuksessa (kuten peilit) että lähetyksessä. Useat mallit mahdollistavat niiden pienentämisen ja laitteiden luomisen yhdeksi yksiköksi ohjauselektroniikalla, mikä mahdollistaa kompaktien ja suhteellisen edullisien mukautuvien järjestelmien luomisen. Huolimatta uuden sukupolven vaihekorjainten kehittämisestä perinteiset joustavat peilit säilyttävät kuitenkin merkityksensä vähäisen valohäviön ja suhteellisen yksinkertaisen suunnittelunsa ansiosta. Laserjärjestelmissä käytetään myös epälineaarisia optisia vääristymän korjausmenetelmiä, jotka perustuvat aaltorintaman kääntymisen ilmiöön. Tätä lähestymistapaa kutsutaan joskus epälineaariseksi adaptiiviseksi optiikkaksi.

Lit.: Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Adaptiivisen optiikan periaatteet. M., 1985; Taranenko VG, Shanin OI Mukautuva optiikka. M., 1990; Lukin VP, Fortes BV Säteiden ja kuvien mukautuva muodostuminen ilmakehässä. Novosib., 1999.

V. I. SHmalgauzen.

Epähomogeenisessa väliaineessa ohjattujen optisten elementtien avulla. Adaptiivisen optiikan päätehtävänä on nostaa havainnointilaitteiden resoluutiorajaa, optisen säteilyn keskittymistä vastaanottimeen tai kohteeseen jne.

Adaptiivista optiikkaa voidaan soveltaa maanpäällisten tähtitieteellisten teleskooppien suunnittelussa, optisissa viestintäjärjestelmissä, teollisessa lasertekniikassa, oftalmologiassa jne., joissa se mahdollistaa vastaavasti ilmakehän vääristymien, optisten järjestelmien, mukaan lukien optisten järjestelmien poikkeamien kompensoinnin. ihmissilmän elementtejä.

Tietosanakirja YouTube

• 1 / 5

  Rakenteellisesti adaptiivinen optinen järjestelmä koostuu yleensä vääristymää mittaavasta anturista (aaltorintaman tunnistimesta), aaltorintaman korjauslaitteesta ja ohjausjärjestelmästä, joka toteuttaa anturin ja korjaimen välisen yhteyden.

  Aaltorintaman anturit

  On olemassa useita menetelmiä, jotka mahdollistavat sekä kvalitatiivisen arvioinnin että kvantitatiivisen aaltorintaman profiilin mittaamisen. Tällä hetkellä suosituimpia ovat häiriötyyppiset ja Shack-Hartmann-tyyppiset anturit.

  Häiriöantureiden toiminta perustuu kahden valoaallon koherenttiin yhteenliittämiseen ja häiriökuvion muodostumiseen, jonka intensiteetti riippuu mitatusta aaltorintamasta. Tässä tapauksessa toisena (referenssi)valoaaltona voidaan käyttää tutkitusta säteilystä spatiaalisella suodatuksella saatua aaltoa.

  Shack-Hartmann-sensori koostuu mikrolinssien matriisista ja niiden polttotasossa sijaitsevasta valodetektorista. Jokainen linssi on tyypillisesti 1 mm tai pienempi. Anturilinssit jakavat tutkitun aaltorintaman aliapertuureihin (yhden mikrolinssin aukkoon), jotka muodostavat joukon polttopisteitä polttotasoon. Kunkin pisteen sijainti riippuu anturin sisäänmenoon saapuneen säteen aaltorintaman paikallisesta kaltevuudesta. Mittaamalla polttopisteiden poikittaissiirtymät voidaan laskea aaltorintaman keskimääräiset kallistuskulmat kussakin osa-aukossa. Näitä arvoja käytetään aaltorintaman profiilin laskemiseen koko anturin aukon yli.

  Aaltorintaman korjaimet

  Mukautuva (muodostuva) peili (Englanti) on suosituin työkalu aaltorintaman ohjaukseen ja optisen poikkeaman korjaamiseen. Ajatuksen aaltorintaman korjauksesta yhdistepeilillä ehdotti V. P. Linnik vuonna 1957. Mahdollisuus tällaisen järjestelmän luomiseen on ilmaantunut 1990-luvun puolivälistä lähtien tekniikan kehityksen ja tarkan tietokoneohjauksen ja valvonnan mahdollisuuksien myötä.

  Erityisesti unimorfisia (puolipassiivisia-bimorfisia) peilejä käytetään laajalti. Tällainen peili koostuu ohuesta pietsosähköisestä materiaalista tehdystä levystä, jolle elektrodit on järjestetty erityisellä tavalla. Levy on kiinnitetty alustaan, jonka etupinnalle muodostetaan optinen pinta. Kun elektrodeihin kohdistetaan jännite, pietsosähköinen levy supistuu (tai laajenee), mikä aiheuttaa peilin optisen pinnan taipumisen. Elektrodien erityinen tilajärjestely mahdollistaa monimutkaisten pintareliefien muodostamisen.

  Mukautuvan peilin muodonsäätönopeus mahdollistaa sen käytön dynaamisten poikkeamien kompensoimiseen reaaliajassa.

  Tähtitieteellisissä sovelluksissa adaptiiviset optiikkajärjestelmät tarvitsevat vertailulähteen, joka toimisi kirkkausstandardina korjaamaan ilmakehän turbulenssin aiheuttamia vääristymiä ja joka tulisi sijoittaa riittävän lähelle kulmaetäisyyttä tutkittavasta taivaan alueesta. Joissakin järjestelmissä käytetään "keinotähteä" sellaisena lähteenä, joka on syntynyt virittämällä natriumatomeja 90 km maanpinnan yläpuolella maassa sijaitsevalla laserilla.