Sekciu pripravili Nikolaj Nosyrev a Oleg Vilkov

Adaptívna optika(AO) - odvetvie optiky, ktoré vyvíja optické systémy s dynamickým riadením tvaru čela vlny na kompenzáciu náhodných porúch a zvýšenie limitu rozlíšenia pozorovacích zariadení, stupňa koncentrácie žiarenia na prijímači alebo cieli.

Hlavným problémom, ktorý môže vyriešiť systém adaptívnej optiky, je eliminovať poruchy čela vlny spôsobené nekontrolovanými náhodnými vplyvmi. Medzi najznámejšie systémy tohto typu patria:

pozemné teleskopy, v dôsledku nehomogenity zemskej atmosféry je rozlišovacia schopnosť týchto systémov znížená

systémy na vytváranie a zaostrovanie laserového žiarenia

laserové meracie systémy pracujúce v atmosfére

· optické systémy vysokovýkonných laserov.

Implementácia adaptívnych optických systémov je daná špecifickým rozsahom úloh, ktoré rieši. Všeobecné princípy konštrukcie takýchto systémov sú však rovnaké.

Existujú systémy s vychádzajúcou vlnou, v ktorých sa koriguje čelo vlny svetelného zdroja a systémy s prijatou vlnou, v ktorých sa koriguje svetelné pole prichádzajúce z pozorovaného objektu. Na druhej strane, obe môžu byť implementované na princípoch fázovej konjugácie a apertúrnej sondy.

V systéme fázovej konjugácie sa lúč svetla odráža od malej oblasti objektu (cieľa) a vytvára sférickú vlnu, ktorá sa pohybuje späť po dráhe šírenia svetla a podlieha rovnakým deformáciám ako emitovaná vlna. Prichádzajúca odrazená vlna vstupuje do vlnoplochového snímača, kde sú detekované deformácie na trati. Zariadenie na spracovanie dát vypočíta potrebnú korekciu čela vlny, ktorú vykoná zariadenie na ovplyvnenie čela vlny.

Princíp apertúrneho ozvučenia je založený na možnosti zavedenia skúšobných porúch do čela vlny, ktoré sa transformujú na amplitúdové poruchy signálu. Analýzou zmien intenzity svetla odrazeného od cieľa urobia záver o znaku fázovej zmeny a deformujú čelo vlny, kým sa zaostrenie na objekt neoptimalizuje.

Systémy s prijatou vlnou fungujú podobne. V systémoch fázovej konjugácie je časť prijatého svetla so skreslenou vlnoplochou nasmerovaná na vlnoplochový senzor. Prijatá informácia sa používa na vytvorenie kompenzačného efektu na prijímanom vlnovom čele. Výsledkom je, že na prijímači sa ideálne vytvorí obraz obmedzený len difrakciou.

V apertúrnych zvukových systémoch sa skúšobné poruchy zavádzajú do čela prijímanej vlny a ich vplyv sa odhaduje pomocou prijímača umiestneného v rovine obrazu.

pozorovacie zariadenia, koncentrácia optického žiarenia na prijímači alebo cieli a pod.

Adaptívna optika nachádza uplatnenie pri konštrukcii pozemných astronomických ďalekohľadov, v optických komunikačných systémoch, v priemyselnej laserovej technike, v oftalmológii a pod., kde umožňuje kompenzovať, resp. optické prvky ľudského oka.

Adaptívny optický systém

Štrukturálne sa adaptívny optický systém zvyčajne skladá zo senzora, ktorý meria skreslenie (senzor čela vlny), korektor čela vlny a riadiaci systém, ktorý implementuje spojenie medzi senzorom a korektorom.

Wavefront senzory

Existujú rôzne metódy, ktoré umožňujú kvalitatívne hodnotenie aj kvantitatívne meranie profilu čela vlny. Najpopulárnejšie sú v súčasnosti snímače interferenčného typu a typu Shack-Hartmann.

Pôsobenie interferenčných senzorov je založené na koherentnom sčítaní dvoch svetelných vĺn a vytvorení interferenčného obrazca s intenzitou, ktorá závisí od meraného čela vlny. V tomto prípade možno ako druhú (referenčnú) svetelnú vlnu použiť vlnu získanú zo študovaného žiarenia priestorovou filtráciou.

Senzor typu Shack-Hartmann pozostáva z poľa mikrošošoviek a fotodetektora umiestneného v ich ohniskovej rovine. Každá šošovka je zvyčajne 1 mm alebo menšia. Šošovky snímača rozdeľujú skúmanú vlnoplochu na subapertúry (apertúru jednej mikrošošovky), čím vytvárajú súbor ohniskových bodov v ohniskovej rovine. Poloha každého z bodov závisí od lokálneho sklonu čela vlny lúča, ktorý dorazil na vstup senzora. Meraním priečnych posunov ohniskových bodov je možné vypočítať priemerné uhly sklonu čela vlny v rámci každého z podapertúr. Tieto hodnoty sa používajú na výpočet profilu vlny cez celú apertúru snímača.

Korektory Wavefront

Adaptívne (deformovateľné) zrkadlo ( Angličtina) je najobľúbenejší nástroj na kontrolu čela vlny a korekciu optickej aberácie. Myšlienku korekcie čela vlny zloženým zrkadlom navrhol V. P. Linnik v roku 1957. Možnosť vytvorenia takéhoto systému sa objavila od polovice 90. rokov v súvislosti s rozvojom techniky a s možnosťou presného počítačového riadenia a monitorovania.

Široko používané sú najmä unimorfné (semi-pasívne-bimorfné) zrkadlá. Takéto zrkadlo pozostáva z tenkej dosky vyrobenej z piezoelektrického materiálu, na ktorej sú špeciálnym spôsobom usporiadané elektródy. Doska je pripevnená k substrátu, na ktorého prednom povrchu je vytvorený optický povrch. Keď sa na elektródy privedie napätie, piezoelektrická platňa sa stiahne (alebo roztiahne), čo spôsobí ohyb optického povrchu zrkadla. Špeciálne priestorové usporiadanie elektród umožňuje vytvárať zložité povrchové reliéfy.

Rýchlosť ovládania tvaru adaptívneho zrkadla umožňuje jeho použitie na kompenzáciu dynamických aberácií v reálnom čase.

V astronomických aplikáciách potrebujú systémy adaptívnej optiky referenčný zdroj, ktorý by slúžil ako štandard jasu na korekciu skreslení spôsobených atmosférickou turbulenciou, a mal by byť umiestnený v dostatočne blízkej uhlovej vzdialenosti od skúmanej oblasti oblohy. V niektorých systémoch sa ako takýto zdroj používa „umelá hviezda“, ktorá vzniká excitáciou atómov sodíka vo výške 90 km nad povrchom Zeme pozemným laserom.

pozri tiež

Napíšte recenziu na článok "Adaptívna optika"

Poznámky

Literatúra

• Voroncov M. A., Shmalgauzen V. I. Princípy adaptívnej optiky. - M.: Nauka, 1985.
• Vorontsov M. A., Koryabin A. V., Shmalgauzen V. I. Riadené optické systémy. - M.: Nauka, 1988.

Odkazy

Výňatok charakterizujúci adaptívnu optiku

Sonya, Natasha, Petya, Anna Michajlovna, Vera, starý gróf, ho objali; a ľudia a slúžky, ktoré zaplnili izby, odsúdili a zalapali po dychu.
Peťa visel na nohách. - A potom ja! on krical. Nataša, keď ho sklonila k sebe, pobozkala ho na celú tvár, odskočila od neho a pridŕžala sa podlahy jeho maďarčiny, vyskočila ako koza celá na jednom mieste a prenikavo zapišťala.
Na všetkých stranách boli slzy radosti žiariace slzami, láskavé oči, na všetkých stranách pery hľadajúce bozk.
Sonya, červená ako červená, sa tiež držala za jeho ruku a celá žiarila v blaženom pohľade upretom na jeho oči, na ktorý čakala. Sonya mala už 16 rokov a bola veľmi krásna, najmä v tejto chvíli šťastnej, nadšenej animácie. Pozrela sa na neho, nespúšťala oči, usmievala sa a zadržiavala dych. Vďačne sa na ňu pozrel; ale stále čakám a hľadám niekoho. Stará grófka ešte nevyšla. A potom sa pri dverách ozvali kroky. Kroky sú také rýchle, že nemohli patriť jeho matke.
Bola to však ona v nových, pre neho neznámych šatách ušitých bez neho. Všetci ho opustili a on sa rozbehol k nej. Keď sa zišli, s plačom mu padla na hruď. Nemohla zdvihnúť tvár a len ho pritisla k studeným šnúrkam jeho maďarského kabáta. Denisov, ktorého si nikto nevšimol, vošiel do miestnosti, stál tam a pri pohľade na nich si pretrel oči.
„Vasily Denisov, priateľ tvojho syna,“ povedal a predstavil sa grófovi, ktorý sa naňho spýtavo pozrel.
- Vitajte. Viem, viem,“ povedal gróf, pobozkal a objal Denisova. - Nikolushka napísal ... Natasha, Vera, tu je Denisov.
Tie isté šťastné, nadšené tváre sa otočili k huňatej postave Denisova a obklopili ho.
- Môj drahý, Denisov! - skríkla Natasha bez seba rozkošou, priskočila k nemu, objala ho a pobozkala. Všetci boli z Natašinho činu v rozpakoch. Denisov sa tiež začervenal, ale usmial sa, vzal Natashu za ruku a pobozkal ju.
Denisova odviedli do miestnosti, ktorá bola pre neho pripravená, a všetci Rostovovci sa zhromaždili na pohovke pri Nikolushke.
Stará grófka bez toho, aby pustila jeho ruku, ktorú bozkávala každú minútu, sedela vedľa neho; zvyšok, natlačený okolo nich, zachytil každý jeho pohyb, slovo, pohľad a nespúšťali z neho oči nadšenou láskou. Brat a sestry sa hádali a zachytávali miesta od seba bližšie k nemu a bojovali o to, kto mu prinesie čaj, vreckovku, fajku.
Rostov bol veľmi šťastný z lásky, ktorú mu prejavovali; ale prvá minúta jeho stretnutia bola taká blažená, že sa mu zdalo, že jeho súčasné šťastie nestačí, a stále čakal na niečo viac, a viac a viac.
Nasledujúce ráno návštevníci spali mimo cesty až do 10. hodiny.
V predchádzajúcej miestnosti sa povaľovali šable, tašky, vozíky, otvorené kufre, špinavé čižmy. Očistené dva páry s ostrohami boli práve priložené k stene. Sluhovia priniesli umývadlá, horúcu vodu na holenie a vypraté šaty. Voňal tabakom a mužmi.
- Hej, G "mrcha, t" ubku! zakričal chrapľavý hlas Vaska Denisova. - Rostov, vstávaj!
Rostov si pretrel oči, ktoré boli prilepené k sebe, a zdvihol svoju zamotanú hlavu z horúceho vankúša.
- Čo je neskoro? "Je neskoro, 10 hodín," odpovedal Natašin hlas a vo vedľajšej miestnosti sa ozýval šuchot naškrobených šiat, šepot a smiech dievčenských hlasov a cez mierne prebleskovalo niečo modré, stuhy, čierne vlasy a veselé tváre. otvorené dvere. Bola to Nataša so Sonyou a Peťou, ktorí sa prišli pozrieť, či vstal.
- Nicholas, vstávaj! Vo dverách bolo opäť počuť Natašin hlas.
- Teraz!
V tom čase Peťa v prvej miestnosti, ktorá videla a schmatla šable a zažila rozkoš, ktorú chlapci prežívajú pri pohľade na bojovného staršieho brata, a zabudla, že pre sestry je neslušné vidieť vyzlečených mužov, otvorila dvere.
- To je tvoj meč? on krical. Dievčatá odskočili. Denisov s vystrašenými očami schoval svoje huňaté nohy do prikrývky a obzeral sa, aby pomohol svojmu druhovi. Dvere prepustili Peťu a opäť sa zavreli. Za dverami sa ozval smiech.
- Nikolenka, poď von v župane, - ozval sa Natašin hlas.
- To je tvoj meč? Petya sa spýtala: "alebo je tvoj?" - s pokorným rešpektom sa obrátil k fúzatému, čiernemu Denisovovi.
Rostov si rýchlo obul topánky, obliekol si župan a vyšiel von. Natasha si obula jednu čižmu s ostrohou a vliezla do druhej. Sonya sa točila a chcela si len nafúknuť šaty a posadiť sa, keď vyšiel von. Obaja boli v rovnakých, úplne nových, modrých šatách – sviežich, ryšavých, veselých. Sonya utiekla a Natasha vzala svojho brata za ruku, zaviedla ho do rozkladacej miestnosti a začali sa rozprávať. Nestihli sa jeden druhého pýtať a odpovedať na otázky o tisíckach drobností, ktoré by mohli zaujímať len ich samotných. Natasha sa smiala na každom slove, ktoré povedal a ktoré povedala, nie preto, že to, čo povedali, bolo vtipné, ale preto, že sa bavila a nedokázala potlačiť svoju radosť, vyjadrenú smiechom.
- Ach, aké dobré, vynikajúce! povedala na všetko. Rostov cítil, ako sa pod vplyvom horúcich lúčov lásky po roku a pol prvýkrát rozkvitol v jeho duši a tvári ten detský úsmev, na ktorý sa nikdy neusmial, odkedy odišiel z domu.
„Nie, počúvaj,“ povedala, „si už celkom chlap? Som strašne rád, že si môj brat. Dotkla sa jeho fúzov. - Chcem vedieť, akí ste muži? Sú ako my? nie?
Prečo Sonya utiekla? spýtal sa Rostov.
- Áno. To je ďalší celý príbeh! Ako budete hovoriť so Sonyou? ty alebo ty?

Petrohradská národná výskumná univerzita informačných technológií, mechaniky a optiky

Fakulta fotoniky a optoinformatiky

Katedra počítačovej fotoniky a videoinformatiky

v odbore Teória systémov a Analýza systémov

« ANALYTICKÝ PREHĽAD CHARAKTERISTICKÝCH VLASTNOSTÍ MODERNÝCH KOMPONENTOV ADAPTÍVNYCH OPTICKÝCH SYSTÉMOV»

Študent: Romanov I.E.

Skupina: 4352

Prednáša: Gurov I.P.

St. Petersburg

Úvod ………………………………………………………….………………….2

Adaptívny optický systém………………………………………………………3

Vlnové snímače …………………………………………………..………..5

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

1) Segmentové zrkadlá ………………………………………………………………………….. ........................ desať

2) Zrkadlá s pevným povrchom………………………………...11

2.1) Bimorfné zrkadlá………………………………………………………12

2.2) Membránové zrkadlá………………………..……………………….14

3) MOEMS (kremíková technológia)………………………………………...14

Záver………………………………………………………………..…………………...15

Referencie …………………………………………………………………... 16

Dodatočné zdroje informácií………………………………… ..17

Úvod

Adaptívna optika (AO) je odvetvie optiky, ktoré sa zaoberá vývojom optických systémov s dynamickým riadením tvaru čela vlny na kompenzáciu náhodných porúch a zvýšenie hranice rozlíšenia pozorovacích zariadení, stupňa koncentrácie žiarenia na prijímači alebo cieli. Adaptívna optika sa začala intenzívne rozvíjať v 50. rokoch minulého storočia. v súvislosti s problémom kompenzácie predných deformácií spôsobených atmosférickou turbulenciou a ktoré predstavujú hlavné obmedzenie rozlišovacej schopnosti pozemných ďalekohľadov. Neskôr sa k tomu pridali problémy s vytváraním orbitálnych ďalekohľadov a výkonných laserových žiaričov podliehajúcich iným druhom rušenia.

Adaptívna optika nachádza uplatnenie v rôznych oblastiach vedy a techniky. Napríklad pri navrhovaní pozemných astronomických ďalekohľadov, v optických komunikačných systémoch, v priemyselnej laserovej technike, v medicíne a pod., kde umožňuje kompenzovať, resp. ľudské oko.

Účelom tejto práce je študovať adaptívne optické systémy, ako aj vykonať analytický prehľad charakteristík ich komponentov.

Adaptívny optický systém

Prvýkrát na možnosť korekcie atmosférických skreslení obrazu pomocou deformovateľného zrkadla poukázal v roku 1953 americký astronóm Horace Babcock (Babcock H.W). Navrhol vytvorenie nástroja, ktorý by meral dynamické atmosférické skreslenia v reálnom čase a korigoval ich pomocou rýchlo laditeľných tvarovo meniacich optických prvkov. Jeho predstavy však v tom čase nebolo možné pre obmedzenú techniku ​​zrealizovať.

Hlavným problémom, ktorý môže vyriešiť systém adaptívnej optiky, je eliminovať poruchy čela vlny spôsobené nekontrolovanými náhodnými vplyvmi. Medzi najznámejšie systémy tohto typu patria:

Pozemné teleskopy v dôsledku nehomogenity zemskej atmosféry je rozlišovacia schopnosť týchto systémov znížená.

Systémy na vytváranie a zaostrovanie laserového žiarenia.

Laserové meracie systémy pracujúce v atmosfére.

Optické systémy vysokovýkonných laserov.

Implementácia adaptívnych optických systémov je daná špecifickým rozsahom úloh, ktoré rieši. Všeobecné princípy konštrukcie takýchto systémov sú však rovnaké. Štrukturálne sa adaptívny optický systém zvyčajne skladá zo senzora, ktorý meria skreslenie (senzor čela vlny), korektor čela vlny a riadiaci systém, ktorý implementuje spojenie medzi senzorom a korektorom. Všeobecná schéma adaptívnej optickej schémy je znázornená na obr. jeden..

Ryža. jeden. Všeobecná schéma adaptívneho optického systému

Wavefront senzory

Wavefront senzor (WFS) je jedným z prvkov adaptívneho systému korekcie laserového žiarenia. Jeho úlohou je merať zakrivenie čela vlny a prenášať tieto merania do spracovacieho zariadenia (obr. 2).

Ryža. 2. Obraz skresleného čela vlny získaný pomocou poľa mikrošošoviek.

Hlavné príčiny zakrivenia čela vlny sú:

Atmosférická turbulencia.

Neideálne tvary optických prvkov systému.

Chyby pri nastavovaní systému atď.

Dnes existuje široká škála rámcových smerníc o vode. Najbežnejšia je však založená na Shack-Hartmannovej schéme (obr. 3.).

Ryža. 3. Typická schéma Hartmannovho senzora

História takéhoto senzora sa začala v roku 1900, keď sa nemecký fyzik a astronóm Johannes Franz Hartmann rozhodol pomocou mnohých malých otvorov sledovať cestu jednotlivých svetelných lúčov cez veľký ďalekohľad, čo mu umožnilo kontrolovať kvalitu obrazu. Neskôr, v 60. rokoch, Roland Shack a Ben Platt upravili túto technológiu nahradením clony viacerými šošovkami (lentikulárne pole).

Takýto snímač sa vďaka svojim výhodám najčastejšie používa v korekčných systémoch čela vlny. Jednou z hlavných výhod snímača Shack-Hartmann je jeho schopnosť merať široký rozsah sklonov čela vlny, keď skreslenia nemožno merať inými metódami (napríklad interferencia). Takýto snímač možno použiť na určenie aberácií v profile nekolimovaného laserového lúča. Okrem toho má nízku citlivosť na mechanické vibrácie a dokáže pracovať s vysokovýkonnými impulzmi a trvaním femtosekúnd.

Senzor typu Shack-Hartmann pozostáva z poľa mikrošošoviek a fotodetektora umiestneného v ich ohniskovej rovine. Každá šošovka je zvyčajne 1 mm alebo menšia. Šošovky snímača rozdeľujú skúmanú vlnoplochu na subapertúry (apertúru jednej mikrošošovky), čím vytvárajú súbor ohniskových bodov v ohniskovej rovine. Poloha každého z bodov závisí od lokálneho sklonu čela vlny lúča, ktorý dorazil na vstup senzora. Meraním priečnych posunov ohniskových bodov je možné vypočítať priemerné uhly sklonu čela vlny v rámci každého z podapertúr. Tieto hodnoty sa používajú na výpočet profilu vlny cez celú apertúru snímača.

Ryža. 4. Princíp činnosti snímača čela vlny

Keď je prichádzajúce čelo vlny ploché, všetky obrázky sú usporiadané v správnej mriežke definovanej geometriou poľa šošoviek. Akonáhle je vlnoplocha skreslená, obrazy sú posunuté z ich nominálnych polôh. Posuny ťažísk obrazu v dvoch ortogonálnych smeroch sú úmerné priemerným sklonom čela vlny v týchto smeroch pozdĺž čiastkových otvorov. Shack-Hartmann WFS (SH-H WFS) teda meria sklony čela vlny. Samotná vlnoplocha je rekonštruovaná (obnovená) z poľa nameraných strmostí až po konštantu, ktorá pre obraz nehrá rolu.

Charakteristika DWF Shack-Garman:

Amplitúda nameraných aberácií je až 15 µm.

Presnosť merania - λ/100 (RMS).

Priemer vstupného žiarenia - 8...100 mm.

Shack-Hartmann WFS má však jednu významnú nevýhodu: presluchy na poliach CCD. Vznikajú vtedy, keď dostatočne silne skreslená vlnoplocha dopadne na maticu, pretože so silnými odchýlkami môže prekročiť svoje podpole a spadnúť na susednú maticu. Tak sa vytvorí falošná škvrna.

Dnes sa však chyby spôsobené presluchmi eliminujú pomocou sofistikovaných algoritmov. Umožňujú vám presne sledovať a zobrazovať skutočnú polohu miesta. Moderný vývoj algoritmov a výrobnej presnosti umožňuje rozšíriť rozsah týchto senzorov. Dnes našli uplatnenie v rôznych systémoch overovania obrazu.

Korektory Wavefront

Adaptívne zrkadlo je výkonným aktívnym prvkom adaptívneho optického systému s reflexným povrchom s deformovateľným profilom. Deformovateľné zrkadlá sú najvhodnejším nástrojom na kontrolu čela vlny a korekciu optických aberácií.

Hlavné charakteristiky adaptívnych zrkadiel:

Rozsah pohybu (charakterizovaný citlivosťou pohonu v zrkadle (zvyčajne sa citlivosť vyjadruje v pohyboch povrchu v mikrometroch s nárastom riadiaceho napätia o 1 V)).

Oblasť lokálnej deformácie (odráža počet stupňov voľnosti zrkadla (môže byť daná efektívnou šírkou deformácie jednotkovej amplitúdy spôsobenej pôsobením jedného pohonu; funkcia popisujúca túto deformáciu sa nazýva funkcia odozvy) )).

Šírka frekvenčného pásma (určená rýchlosťou použitého pohonu (obmedzená zhora mechanickými rezonanciami samotnej konštrukcie zrkadla)).

Štrukturálne možno adaptívne zrkadlá rozdeliť do dvoch veľkých skupín:

1) Segmentové zrkadlá.

2) Zrkadlá so súvislým povrchom.

V segmentových zrkadlách každá jednotlivá sekcia umožňuje svoj pohyb a sklápanie (alebo len pohyb). Pevné zrkadlo pod vplyvom špeciálnych pohonov zažíva zložité deformácie.

Výber jedného alebo druhého dizajnu je určený špecifikami systému, v ktorom sa bude používať. Hlavnými faktormi, ktoré sa v tomto prípade berú do úvahy, sú celková veľkosť, hmotnosť a kvalita zrkadlového povrchu.

Segmentové zrkadlá

Segmentové zrkadlá pozostávajú zo samostatných nezávislých segmentov plochých zrkadiel. Každý segment je možné posunúť na krátku vzdialenosť a späť, aby sa opravila priemerná hodnota čela vlny.

Delené adaptívne zrkadlá s translačným pohybom sekcií (obr. 5, a) umožňujú meniť iba časové fázové vzťahy medzi signálmi z jednotlivých sekcií (dĺžka optickej dráhy), a zrkadlá s pohybom a sklonom sekcií (obr. 5, b) - aj priestorová fáza .

Ryža. 5. Delené adaptívne zrkadlá: a) s translačným pohybom sekcií, b) s pohybom a sklonom sekcií

Významnými nevýhodami delených zrkadiel je potreba kontrolovať polohu samostatnej sekcie a stav jej povrchu, ako aj náročnosť implementácie systému tepelnej stabilizácie takýchto zrkadiel.

1) Počet pohonov - 100 - 1500.

2) Medzery medzi ovládačmi - 2-10 mm.

3) Tvar elektród je pravouhlý alebo šesťuholníkový.

5) Amplitúda pohybu - niekoľko mikrónov.

6) Rezonančná frekvencia je niekoľko kilohertzov.

7) Náklady sú vysoké.

Zrkadlá s pevným povrchom

Na prednom povrchu tenkej deformovateľnej membrány sú vytvorené zrkadlá s diskrétnymi pohonmi (obr. 6.). Tvar taniera je ovládaný množstvom samostatných pohonov, ktoré sú pripevnené k jeho zadnej stene. Tvar zrkadla závisí od kombinácie síl pôsobiacich na predný panel, okrajových podmienok (ako je doska pripevnená k zrkadlu), geometrie a materiálu dosky.

Tieto zrkadlá umožňujú plynule ovládať čelo vlny s veľmi veľkým počtom (až niekoľko tisíc) stupňov voľnosti.

Ryža. 6. Schéma zrkadla s diskrétnymi jednotkami.

Bimorfné zrkadlá

Bimorfné zrkadlo (obr. 7.) pozostáva z dvoch piezoelektrických doštičiek, ktoré sú navzájom spojené a polarizované v opačných smeroch (rovnobežne s osami). Medzi týmito doskami je rad elektród. Predná a zadná plocha sú uzemnené. Predná strana zrkadla sa používa ako odrazná plocha.

Obr.7. Schéma bimorfného zrkadla.

V momente, keď je na elektródu privedené napätie, jedna z dosiek je stlačená a opačná je natiahnutá, čo vedie k lokálnemu zakriveniu. Miestne zakrivenie zrkadla je úmerné aplikovanému napätiu, preto sa tieto deformovateľné zrkadlá nazývajú aj zakrivené zrkadlá.

Typické parametre segmentovaných deformovateľných zrkadiel:

1) Počet pohonov - 18 - 35

2) Medzery medzi pohonmi sú 30-200 mm.

3) Tvar elektród je radiálny.

5) Rezonančná frekvencia - viac ako 500 Hz.

6) Náklady sú mierne.

membránové zrkadlá.

Deformácia membrány týchto zrkadiel je dosiahnutá pôsobením magnetického poľa. Sada magnetov je pripevnená k membráne priamo oproti solenoidom. Pri prúdení prúdu cez solenoidy vznikajú Laplaceove sily, ktoré deformujú membránu.

MOEMS (kremíková technológia)

MOEMS (obr.8.) - mikro-opto-elektro-mechanické systémy. Takéto adaptívne zrkadlá sa vyrábajú pomocou mikrolitografie, podobne ako elektronické mikroobvody, vychýlenie malých prvkov zrkadla sa vykonáva elektrostatickými silami. Nevýhody MOEMS sú nedostatočné pohyby a malá veľkosť zrkadlových prvkov.

Obr.8. Princíp fungovania zrkadla MOEMS

Ďalším spôsobom ovládania fázy svetla je použitie tekutých kryštálov, ako v monitoroch s až miliónom ovládateľných prvkov. Až donedávna boli tekuté kryštály veľmi pomalé, ale teraz je toto obmedzenie prekonané. Aj keď fázový posun zavedený tekutými kryštálmi zostáva veľmi malý a okrem toho by sme nemali zabúdať, že závisí od vlnovej dĺžky.

Záver

Po preštudovaní dizajnu a charakteristík komponentov adaptívnych optických systémov v priebehu tejto práce môžeme konštatovať, že vývoj nových typov komponentov AOS nekončí. Nový vývoj v oblasti fotoniky a optických materiálov umožňuje vytvárať pokročilejšie komponenty adaptívneho systému s lepším výkonom ako ich predchodcovia.

Bibliografia:

Wirth A., Gonsirovskiy T. Adaptívna optika: prispôsobenie atmosférickej turbulencie // Fotnika, 2007, číslo 6, s. 10 – 15.

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

A.G. Aleksandrov, V.E. Zavalová, A.V. Kudrjašov, A.L. Rukosuev, P.N. Romanov, V.V. Samarkin, Yu.V. Sheldakova, "Shack - Hartmann wavefront senzor na meranie parametrov vysokovýkonných pulzných pevnolátkových laserov", KVANTOVÝ ELEKTRON, 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., Deformovateľné zrkadlá pre laserové výkonové a informačné laserové systémy // a technológie, Federal State Unitary Enterprise "NPO ASTROPHYSICS", M., 2009, s. 54–58

Vorontsov M.A., Shmalgauzen V.I., Princípy adaptívnej optiky, // Moskva, Nauka, (1985), s. 336.

Vorontsov M.A., Koryabin A.V., Shmalgauzen V.I., Riadené optické systémy. // Moskva, Nauka, (1988), s. 275.

Krasheninnikov V. R. Odhad parametrov geometrickej transformácie obrazov metódou pevného bodu / V. R. Krasheninnikov, M. A. Potapov // Rozpoznávanie vzorov a analýza obrazu. - 2012. - Zv. 22, č. 2. – S. 303–317.

Ďalšie zdroje informácií:

Laserový portál: 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, odvetvie optiky, ktoré vyvíja metódy a nástroje na riadenie tvaru čela vlny (WF) s cieľom eliminovať skreslenia (aberácie), ktoré vznikajú pri šírení svetelného lúča v opticky nehomogénnom prostredí (napríklad turbulentná atmosféra). ) alebo v dôsledku nedokonalostí prvkov optického systému.

Účelom adaptívnej korekcie je zvýšenie rozlišovacej schopnosti optických prístrojov, zvýšenie koncentrácie žiarenia na prijímači, dosiahnutie čo najostrejšieho zaostrenia svetelného lúča na cieľ alebo získanie daného rozloženia intenzity žiarenia. O možnostiach využitia aktívnych metód v optike sa diskutuje už od začiatku 50. rokov 20. storočia v súvislosti s problémom zvyšovania rozlišovacej schopnosti pozemných ďalekohľadov, avšak intenzívny rozvoj adaptívnej optiky sa začal až po vytvorení dostatočne účinných korektorov (riadených zrkadiel) resp. WF metre (snímače). Najjednoduchší adaptívny systém obsahuje jediné ploché zrkadlo, ktorého sklon je možné meniť, čím sa eliminuje „chvenie“ obrazu pri pohľade cez búrlivú atmosféru. V zložitejších systémoch sa na kompenzáciu aberácií vyššieho rádu používajú korektory s veľkým počtom stupňov voľnosti. Typická schéma organizácie riadenia v adaptívnom systéme (obrázok) je založená na princípe spätnej väzby. Časť svetelného toku za korektorom sa rozvetvuje a vstupuje do snímača WF, kde sa merajú zvyškové aberácie. Tieto informácie sa používajú na generovanie signálov v riadiacej jednotke, ktoré pôsobia na korektor a znižujú zvyškové aberácie. Stávajú sa minimálnymi, kvalita obrazu sa zlepšuje.

Existujú systémy, ktoré nevyžadujú použitie snímačov VF. V tomto prípade sa minimalizácia skreslenia vykonáva zámerným zavedením testovacích porúch do WF (metóda snímania apertúrou). Potom sa v riadiacej jednotke analyzuje vplyv testovacích porúch na kvalitu prevádzky systému, následne sa generujú riadiace signály, ktoré optimalizujú WF. Systémy ozvučenia clony vyžadujú veľa času na nastavenie korektora, pretože proces sa niekoľkokrát opakuje, aby sa výrazne znížilo skreslenie.

Účinnosť adaptívneho optického systému je do značnej miery určená dokonalosťou aplikovaného korektora. Na začiatku sa používali najmä kompozitné (segmentové) zrkadlá, pozostávajúce z niekoľkých segmentov, ktoré bolo možné vzájomne posúvať pomocou piezoelektrických akčných členov alebo iným spôsobom. Následne sa rozšírili flexibilné ("membránové") zrkadlá s kontinuálne deformovateľným povrchom. Začiatkom 21. storočia sa technika korekcie WF výrazne zlepšila. Okrem ovládateľných zrkadiel rôznych typov sa používajú modulátory fázy z tekutých kryštálov, ktoré môžu pracovať ako v odraze (ako zrkadlá), tak aj v prenose. Množstvo návrhov umožňuje ich miniaturizáciu a vytváranie zariadení integrovaných do jedného celku s riadiacou elektronikou, čo umožňuje vytvárať kompaktné a relatívne lacné adaptívne systémy. Napriek vývoju novej generácie fázových korektorov si však tradičné flexibilné zrkadlá zachovávajú svoj význam vďaka nízkej strate svetla a relatívne jednoduchému dizajnu. V laserových systémoch sa používajú aj nelineárne optické metódy korekcie skreslenia založené na fenoméne obrátenia čela vlny. Tento prístup sa niekedy označuje ako nelineárna adaptívna optika.

Lit.: Vorontsov M. A., Shmalgauzen V. I. Princípy adaptívnej optiky. M., 1985; Taranenko VG, Adaptívna optika Shanin OI. M., 1990; Lukin VP, Fortes BV Adaptívne vytváranie lúčov a obrazov v atmosfére. Novosib., 1999.

V. I. SHmalgauzen.

V nehomogénnom prostredí, pomocou riadených optických prvkov. Hlavnými úlohami adaptívnej optiky je zvýšenie limitu rozlíšenia pozorovacích zariadení, koncentrácie optického žiarenia na prijímač alebo cieľ atď.

Adaptívna optika nachádza uplatnenie pri konštrukcii pozemných astronomických ďalekohľadov, v optických komunikačných systémoch, v priemyselnej laserovej technike, v oftalmológii a pod., kde umožňuje kompenzovať, resp. prvky ľudského oka.

Encyklopedický YouTube

• 1 / 5

  Štrukturálne sa adaptívny optický systém zvyčajne skladá zo senzora, ktorý meria skreslenie (wavefront senzor), vlnoplochového korektora a riadiaceho systému, ktorý implementuje spojenie medzi senzorom a korektorom.

  Wavefront senzory

  Existujú rôzne metódy, ktoré umožňujú kvalitatívne hodnotenie aj kvantitatívne meranie profilu čela vlny. Najpopulárnejšie sú v súčasnosti snímače interferenčného typu a typu Shack-Hartmann.

  Pôsobenie interferenčných senzorov je založené na koherentnom sčítaní dvoch svetelných vĺn a vytvorení interferenčného obrazca s intenzitou, ktorá závisí od meraného čela vlny. V tomto prípade možno ako druhú (referenčnú) svetelnú vlnu použiť vlnu získanú zo študovaného žiarenia priestorovou filtráciou.

  Shack-Hartmannov senzor pozostáva z matrice mikrošošoviek a fotodetektora umiestneného v ich ohniskovej rovine. Každá šošovka je zvyčajne 1 mm alebo menšia. Šošovky snímača rozdeľujú skúmanú vlnoplochu na subapertúry (apertúru jednej mikrošošovky), čím vytvárajú súbor ohniskových bodov v ohniskovej rovine. Poloha každého z bodov závisí od lokálneho sklonu čela vlny lúča, ktorý dorazil na vstup senzora. Meraním priečnych posunov ohniskových bodov je možné vypočítať priemerné uhly sklonu čela vlny v rámci každého z podapertúr. Tieto hodnoty sa používajú na výpočet profilu vlny cez celú apertúru snímača.

  Korektory Wavefront

  Adaptívne (deformovateľné) zrkadlo (Angličtina) je najobľúbenejší nástroj na kontrolu čela vlny a korekciu optickej aberácie. Myšlienku korekcie čela vlny zloženým zrkadlom navrhol V. P. Linnik v roku 1957. Možnosť vytvorenia takéhoto systému sa objavila od polovice 90. rokov v súvislosti s rozvojom techniky a s možnosťou presného počítačového riadenia a monitorovania.

  Široko používané sú najmä unimorfné (semi-pasívne-bimorfné) zrkadlá. Takéto zrkadlo pozostáva z tenkej dosky vyrobenej z piezoelektrického materiálu, na ktorej sú špeciálnym spôsobom usporiadané elektródy. Doska je pripevnená k substrátu, na ktorého prednom povrchu je vytvorený optický povrch. Keď sa na elektródy privedie napätie, piezoelektrická platňa sa stiahne (alebo roztiahne), čo spôsobí ohyb optického povrchu zrkadla. Špeciálne priestorové usporiadanie elektród umožňuje vytvárať zložité povrchové reliéfy.

  Rýchlosť ovládania tvaru adaptívneho zrkadla umožňuje jeho použitie na kompenzáciu dynamických aberácií v reálnom čase.

  V astronomických aplikáciách potrebujú systémy adaptívnej optiky referenčný zdroj, ktorý by slúžil ako štandard jasu na korekciu skreslení spôsobených atmosférickou turbulenciou, a mal by byť umiestnený v dostatočne blízkej uhlovej vzdialenosti od skúmanej oblasti oblohy. Niektoré systémy využívajú ako taký zdroj „umelú hviezdu“, ktorá vznikla excitáciou atómov sodíka 90 km nad povrchom Zeme pozemným laserom.