Деформируемое зеркало - Deformable mirror
Деформируемые зеркала (DM) являются зеркала поверхность которого можно деформировать, чтобы добиться волновой фронт контроль и коррекция оптических аберрации. Деформируемые зеркала используются в сочетании с датчики волнового фронта и системы управления в реальном времени в адаптивная оптика. В 2006 году они нашли новое применение в формирование фемтосекундного импульса.[1]
Формой DM можно управлять со скоростью, подходящей для компенсации динамических аберраций, присутствующих в оптической системе. На практике форма DM должна изменяться намного быстрее, чем процесс, который необходимо исправить, так как процесс коррекции, даже для статической аберрации, может занять несколько итераций.
DM обычно имеет много степеней свободы. Обычно эти степени свободы связаны с механическими приводы и можно приблизительно принять, что один актуатор соответствует одному степень свободы.
Параметры деформируемого зеркала
Количество приводов определяет количество степеней свободы (волновой фронт интонации ) зеркало может поправить. Очень часто сравнивают произвольный DM с идеальным устройством, которое может идеально воспроизводить моды волнового фронта в виде Многочлены Цернике. Для заранее заданной статистики аберраций деформируемое зеркало с M приводами может быть эквивалентно идеальному корректору Цернике с N (обычно N Шаг привода расстояние между центрами исполнительных механизмов. Деформируемые зеркала с большим шагом приводов и большим количеством приводов громоздки и дороги. Ход привода - это максимально возможное смещение привода, обычно при положительном или отрицательном отклонении от некоторого центрального нулевого положения. Ход обычно составляет от ± 1 до ± 30 мкм. Свободный ход исполнительного механизма ограничивает максимальную амплитуду скорректированного волнового фронта, в то время как ход между исполнительными механизмами ограничивает максимальную амплитуду и градиенты корректируемых аберраций более высокого порядка. Функция влияния - характерная форма, соответствующая отклику зеркала на действие одиночного актуатора. Различные типы деформируемых зеркал имеют разные функции воздействия, более того, функции воздействия могут быть разными для разных приводов одного и того же зеркала. Функция влияния, охватывающая всю поверхность зеркала, называется «модальной» функцией, а локализованный отклик - «зональной». Муфта привода показывает, насколько движение одного исполнительного механизма сместит его соседей. Все «модальные» зеркала имеют большую перекрестную связь, что на самом деле хорошо, так как обеспечивает высокое качество коррекции плавных оптических аберраций низкого порядка, которые обычно имеют наибольший статистический вес. Время отклика показывает, насколько быстро зеркало отреагирует на управляющий сигнал. Может варьироваться от микросекунд (MEMS и магнитные зеркала) до десятков секунд для DM с термическим управлением. Гистерезис и ползать являются нелинейными эффектами срабатывания, которые снижают точность отклика деформируемого зеркала. Для различных концепций гистерезис может изменяться от нуля (зеркала с электростатическим приводом) до десятков процентов для зеркал с пьезоэлектрическими приводами. Гистерезис - это остаточная погрешность позиционирования от предыдущих команд позиционирования привода, которая ограничивает возможность работы зеркала в режиме прямой связи вне контура обратной связи. Сегментированная концепция зеркала образованы независимыми плоскими зеркальными сегментами. Каждый сегмент может перемещаться на небольшое расстояние вперед и назад, чтобы приблизиться к среднему значению волнового фронта по области пятна. Преимущественно эти зеркала имеют небольшие или нулевые перекрестные помехи между исполнительными механизмами. Пошаговое приближение плохо работает для гладких непрерывных волновых фронтов. Острые края сегментов и зазоры между сегментами способствуют рассеянию света, ограничивая приложения теми, которые не чувствительны к рассеянному свету. Значительное улучшение характеристик сегментированного зеркала может быть достигнуто за счет введения трех степеней свободы для каждого сегмента: поршня, наконечника и наклона. Для этих зеркал требуется в три раза больше приводов по сравнению с поршневыми сегментированными зеркалами. Эта концепция была использована для изготовления больших сегментированных основных зеркал для Телескопы Keck, JWST, и будущее E-ELT. Существуют многочисленные методы для точной синхронизации сегментов и уменьшения дифракционных картин, вносимых формами сегментов и зазорами. Будущие большие космические телескопы, такие как НАСА Большой оптический инфракрасный датчик УФ-излучения также будет иметь сегментированное главное зеркало. Разработка надежных методов увеличения контраста является ключом к прямому отображению и определению характеристик экзопланеты. Концепция непрерывной лицевой панели Зеркала с дискретными исполнительными механизмами образованы лицевой поверхностью тонкой деформируемой мембраны. Форма пластины регулируется рядом дискретных приводов, закрепленных на ее задней стороне. Форма зеркала зависит от комбинации сил, приложенных к лицевой панели, граничных условий (способ крепления пластины к зеркалу), а также геометрии и материала пластины. Эти зеркала позволяют плавно управлять волновым фронтом с очень большими - до нескольких тысяч - степенями свободы. Концепция магнетизма зеркала основаны на непрерывной отражающей поверхности, перемещаемой магнитными приводами. Они отличаются большим ходом, линейностью и быстрым временем установления. МЭМС концепция зеркала производятся с использованием технологий объемной и поверхностной микрообработки. Они состоят из тонкой светоотражающей мембраны, контролируемой множеством приводы.[4] Зеркала МЭМС могут преодолеть высокий ценовой порог обычных адаптивная оптика. Они позволяют увеличить количество приводов по более рентабельной цене, обеспечивая точную коррекцию волнового фронта.[4] Зеркала MEMS обеспечивают быстрое время отклика приводов[5] с ограниченным гистерезисом. Дополнительным преимуществом является то, что технологии микрообработки позволяют эффект масштаба создавать более дешевые и легкие деформируемые зеркала с большим количеством приводов.[6] Концепция мембраны Зеркала образованы тонкой проводящей и отражающей мембраной, натянутой на прочный плоский каркас. Мембрану можно деформировать электростатически, подав управляющее напряжение на исполнительные механизмы электростатических электродов, которые могут быть расположены под или над мембраной. Если есть электроды, расположенные над мембраной, они прозрачны. Зеркало можно использовать только с одной группой электродов, расположенной под зеркалом. В этом случае на все электроды подается напряжение смещения, чтобы мембрана изначально была сферической. Мембрана может двигаться вперед и назад относительно эталонной сферы. Концепция биморфа зеркала образованы двумя и более слоями из разных материалов. Один или несколько (активных) слоев изготовлены из пьезоэлектрического или электрострикционного материала. Структура электродов нанесена на активный слой для облегчения местного отклика. Зеркало деформируется, когда на один или несколько его электродов подается напряжение, в результате чего они расширяются в поперечном направлении, что приводит к локальной кривизне зеркала. Биморфные зеркала редко содержат более 100 электродов. Феррожидкость концепция зеркала жидкие деформируемые зеркала изготовлен из суспензии мелких (диаметром около 10 нм) ферромагнитных наночастиц, диспергированных в жидком носителе. В присутствии внешнего магнитного поля ферромагнитные частицы выравниваются по полю, жидкость становится намагниченной, а ее поверхность приобретает форму, определяемую равновесием между магнитными, гравитационными силами и силами поверхностного натяжения. Используя правильную геометрию магнитного поля, можно получить любую желаемую форму на поверхности феррожидкости. Эта новая концепция предлагает потенциальную альтернативу недорогим деформируемым зеркалам с большим ходом и большим количеством приводов.[7][8][9]Концепции деформируемого зеркала
Смотрите также
Рекомендации
| журнал = (помощь)