[go: up one dir, main page]

RU1841097C - Deformable mirror - Google Patents

Deformable mirror Download PDF

Info

Publication number
RU1841097C
RU1841097C SU4500289/28A SU4500289A RU1841097C RU 1841097 C RU1841097 C RU 1841097C SU 4500289/28 A SU4500289/28 A SU 4500289/28A SU 4500289 A SU4500289 A SU 4500289A RU 1841097 C RU1841097 C RU 1841097C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
max
elastic plate
plate
thickness
sides
Prior art date
Application number
SU4500289/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Кузьменко
Павел Николаевич Струк
Original Assignee
Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант" filed Critical Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority to SU4500289/28A priority Critical patent/RU1841097C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1841097C publication Critical patent/RU1841097C/en

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to adaptive optics. A deformable mirror includes an elastic reflecting plate, the profile of which on the back side has a variable thickness, as well as deformation means in the form of a piezoceramic column. The elastic plate is square-shaped with sides measuring 2 a × 2 a ,
Figure 00000038
where a
Figure 00000039
is the radius of the corrected beam, and is linked to a chassis on two parallel sides. The thickness of the elastic plate in sections parallel to said sides is constant, and in the perpendicular direction satisfies the law: d z d x = 8 x  e x 2 ( 8 x 3 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( 1 2 x 2 ) β cos z ,
Figure 00000040
where z = h ( x ) h max
Figure 00000041
x = r a ;
Figure 00000042
h(x) is the variable thickness of the plate; hmax is the structurally determined maximum thickness of the plate; r is the current coordinate along the surface of the elastic plate; α = 0,5 h max + h min h max ;
Figure 00000043
β = 0,5 h max h min h max ;
Figure 00000044
hmin is the minimum allowable thickness. At the centre of the elastic plate, in parallel to the fixed sides, there is a rib with a height L≥hmax, rigidly linked to the plate, one end of which is pivotally linked to a chassis and lies at a distance of 1 , 4 8 4 a
Figure 00000045
from the centre of the elastic plate. A piezoceramic column is pivotally linked to the rib at a point which coincides with the centre of the elastic plate, and additionally includes a rotary drive and a fixed base. The axis of the rotary coincides with the centre of the elastic plate.
EFFECT: high accuracy of phase compensation of thermal distortion of a laser beam in the atmosphere, smaller dimensions.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности к элементам адаптивной оптики - деформируемым зеркалам, и предназначено для программной компенсации нелинейного фазового искажения - теплового расплывания лазерного пучка.The present invention relates to optical instrumentation and, in particular, to elements of adaptive optics - deformable mirrors, and is intended for software compensation of nonlinear phase distortion - thermal spreading of the laser beam.

В настоящее время известна возможность априорной (программной) коррекции тепловых нелинейных искажений /В.П. Лукин "Атмосферная адаптивная оптика". "Наука", Сиб. отд., 1986 г., стр. 207÷209/. Она состоит во введении в начальное распределение фазы на излучающей апертуре предыскажений с обратным знаком, вычисленных в приближении геометрической оптики /ТИИЭР, т.65, стр.59, Д.К. Смит "Распространение мощного лазерного измерения"/:At present, the possibility of a priori (software) correction of thermal nonlinear distortions is known / V.P. Lukin "Atmospheric adaptive optics." "Science", Sib. Dep., 1986, pp. 207 ÷ 209 /. It consists in introducing into the initial phase distribution on the radiating aperture the opposite signs, calculated in the approximation of geometric optics / TIIER, t.65, p.59, D.K. Smith "The Propagation of Powerful Laser Measurement" /:

Δ ϕ ( x , y ) = ϕ 2 e y 2 a 2 [ 1 + e r f ( x a ) ]                 (1)

Figure 00000001
Δ ϕ ( x , y ) = - ϕ 2 e - y 2 a 2 [ one + e r f ( x a ) ] (one)
Figure 00000001

где Δφ(x, y) - необходимое предыскажение фазы лазерного пучка в плоскости x, y;where Δφ (x, y) is the necessary predistortion of the phase of the laser beam in the x, y plane;

φ - изменение фазы в сечении лазерного пучка, проинтегрированное по всей трассе распространения;φ — phase change in the laser beam cross section integrated over the entire propagation path;

erf(…) - интеграл ошибок.erf (...) is the error integral.

Известно деформируемое зеркало /"Адаптивная оптика", под ред. Э.А. Витриченко, стр. 106÷115/ применяемое для программной компенсации теплового нелинейного фазового искажения с одним управляющим приводом. Указанное деформируемое зеркало-аналог, содержит несущий корпус, медный отражающий деформируемый элемент - пластину, прикрепленную к несущему корпусу по периферии, и деформирующий его привод, например, пьезостолбик, связанный одним своим концом с тыльной стороной отражающей пластины в ее центре, а другим с несущим корпусом. Конструктивно деформируемое зеркало-аналог обеспечивает симметричный профиль деформируемой поверхности /"Адаптивная оптика" под. ред. Э.А. Витриченко, стр. 109/. Зависимость (1) - Δφ(x, y) представляет собой резко выраженный асиметричный профиль (см. Рис. 1). Компенсация этого профиля зеркалом-аналогом осуществлялась смещением деформируемого зеркала относительно оси пучка в его плоскости падения до 0,9 x/а. Направление смещения направлено против результирующей составляющей ветрового сноса в атмосфере, перпендикулярной оптической оси лазерного пучка. Т.к. направление ветра в процессе работы оптической системы постоянно флуктуирует, то и направление смещения деформируемого зеркала также постоянно изменяется. При таком способе компенсации максимальная интенсивность в плоскости цели возрастала в 1,3 раза.Known deformable mirror / "Adaptive Optics", ed. E.A. Vitrichenko, pp. 106 ÷ 115 / used for software compensation of thermal non-linear phase distortion with one control drive. The specified deformable mirror-analogue contains a bearing body, a copper reflecting deformable element - a plate attached to the bearing case on the periphery, and a drive deforming it, for example, a piezole connected to one of its ends with the back of the reflecting plate in its center and the other to the bearing case. Structurally deformable analog mirror provides a symmetrical profile of the deformable surface / "Adaptive Optics" under. ed. E.A. Vitrichenko, p. 109 /. Dependence (1) - Δφ (x, y) is a pronounced asymmetric profile (see Fig. 1). Compensation of this profile by an analog mirror was carried out by displacing the deformable mirror relative to the axis of the beam in its plane of incidence up to 0.9 x / a . The direction of the bias is directed against the resulting component of the wind drift in the atmosphere perpendicular to the optical axis of the laser beam. Because Since the direction of the wind constantly fluctuates during the operation of the optical system, the direction of displacement of the deformable mirror also constantly changes. With this method of compensation, the maximum intensity in the target plane increased by 1.3 times.

Указанное деформируемое зеркало-аналог при компенсации нелинейных типовых фазовых искажений имеет следующие недостатки:The specified deformable mirror-analog when compensating for non-linear typical phase distortion has the following disadvantages:

- низкое качество фазовой коррекции теплового расплывания лазерного пучка в связи с принципиальной невозможностью согласования асимметричного профиля теоретической фазовой коррекции (1) и симметричного профиля фазы создаваемого поверхностью центрально нагруженного деформируемого зеркала;- low quality phase correction of the thermal spreading of the laser beam due to the fundamental impossibility of matching the asymmetric profile of the theoretical phase correction (1) and the symmetric profile of the phase created by the surface of the centrally loaded deformable mirror;

- невозможность с высокой степенью точности воспроизвести одну и ту же деформацию поверхности деформируемого зеркала с различными конструктивными параметрами - диаметра, толщины, типа закрепления и материала его отражающей пластины. Так, например, для "жестких" отражающих пластин характерна супергауссова форма сдеформированной поверхности, а для "мягких" - гауссова /ОМП №11, 1981 г./.- the inability with a high degree of accuracy to reproduce the same deformation of the surface of the deformable mirror with various design parameters - diameter, thickness, type of fastening and material of its reflecting plate. So, for example, for “hard” reflecting plates a super-Gaussian shape of a deformed surface is characteristic, and for “soft” ones it is Gaussian / OMP No. 11, 1981 /.

Такая неоднозначность не позволяет получить достоверных, повторяемых в различных конструкциях результатов по компенсации теплового расплывания лазерного пучка;Such ambiguity does not allow to obtain reliable, repeatable in various designs results on the compensation of thermal spreading of the laser beam;

- низкая эффективность использования корректирующей апертуры в силу необходимости смещения оси деформируемого зеркала по отношению к оси лазерного пучка. При этом необходимый световой диаметр зеркала должен быть равен 2а, где а - диаметр корректируемого лазерного пучка.- low efficiency of using the corrective aperture due to the need to offset the axis of the deformable mirror relative to the axis of the laser beam. In this case, the required light diameter of the mirror should be equal to 2 a , where a is the diameter of the corrected laser beam.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному деформируемому зеркалу является зеркало, которое может быть аналогично использовано для компенсации нелинейных тепловых искажений, выбранное в качестве прототипа, (ст. патент Франции №2343262, М.кл4 G02B 5/10). Деформируемое зеркало-прототип содержит несущий корпус, упругую отражающую пластину, закрепленную по контуру, и средства ее деформирования, уравновешенные несущим корпусом, и при этом толщина с тыльной стороны отражающей пластины изменяется по закону:The closest in technical essence to the claimed deformable mirror is a mirror that can be similarly used to compensate for non-linear thermal distortions, selected as a prototype (French patent No. 2343262, M.cl 4 G02B 5/10). A deformable prototype mirror contains a supporting body, an elastic reflecting plate fixed along the contour, and means of its deformation balanced by the supporting body, and the thickness on the back of the reflecting plate changes according to the law:

h R = 12 [ ( 1 ν ) P E ] 1 / 3 ( i ρ 2 + j ln ρ 2 + k ) 1 / 3            (2)

Figure 00000002
h R = - 12 [ ( one - ν ) P E ] one / 3 ( i ρ 2 + j ln ρ 2 + k ) one / 3 (2)
Figure 00000002

где R - радиус отражающей пластины;where R is the radius of the reflecting plate;

E и ν - модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала отражающей пластины;E and ν are Young's modulus and Poisson's ratio of the material of the reflecting plate;

P - нагрузка на единицу площадей;P is the load per unit area;

ρ = r R

Figure 00000003
- относительный радиус в плоскости заготовки; ρ = r R
Figure 00000003
- relative radius in the plane of the workpiece;

i, j, k - постоянные коэффициенты, величина которых равна 1,0-1 в зависимости от условий нагрузки и опоры отражающей пластины.i, j, k are constant coefficients, the value of which is equal to 1.0-1 depending on the load conditions and the support of the reflecting plate.

В указанном устройстве выбор зависимости изменения толщины отражающей пластины позволяет воспроизводить одну и ту же деформацию поверхности в зеркале-прототипе при заданных ее материале, толщине, диаметре и типе закрепления.In the specified device, the choice of the dependence of the change in the thickness of the reflecting plate allows you to reproduce the same surface deformation in the mirror of the prototype for a given material, thickness, diameter and type of fastening.

Известное устройство-прототип имеет следующие недостатки при компенсации нелинейных тепловых искажений:The known prototype device has the following disadvantages when compensating for non-linear thermal distortions:

- низкое качество фазовой коррекции теплового расплывания лазерного пучка в связи с симметричным профилем деформирующего зеркала, оговоренного зависимостью (2);- low quality phase correction of the thermal spreading of the laser beam due to the symmetric profile of the deforming mirror, specified by dependence (2);

- низкая эффективность использования корректирующей апертуры в силу необходимости смещения оси деформируемого зеркала по отношению к оси лазерного пучка.- low efficiency of using the corrective aperture due to the need to offset the axis of the deformable mirror relative to the axis of the laser beam.

Целью изобретения является повышение точности фазовой компенсации теплового расплывания лазерного пучка в атмосфере и уменьшение необходимого размера светового диаметра деформируемого зеркала.The aim of the invention is to increase the accuracy of phase compensation of the thermal spreading of the laser beam in the atmosphere and reduce the required size of the light diameter of the deformable mirror.

Указанная цель достигается тем, что в деформируемом зеркале, содержащем отражающую упругую пластину, профиль которой с тыльной стороны выполнен переменной толщины, связанную по периферии с несущим корпусом, средства деформирования этой пластины, например в виде столбика пьезокерамики, расположенной на несущем корпусе, упругая пластина выполнена квадратной со сторонами 2а×2а, где а - радиус корректируемого пучка, и связана с несущим корпусом по двум параллельным сторонам, причем толщина упругой пластины в сечениях, параллельных этим сторонам, выполнена постоянной, а в перпендикулярном направлении выполнена по закону, задаваемому управлением:This goal is achieved by the fact that in a deformable mirror containing a reflective elastic plate, the profile of which on the back is made of variable thickness, connected at the periphery with the supporting body, means for deforming this plate, for example, in the form of a piezoceramic column located on the supporting body, the elastic plate is made square with sides 2 a × 2 a , where a is the radius of the beam being corrected, and is connected with the bearing body along two parallel sides, the thickness of the elastic plate in sections parallel to this to the defense, is made constant, and in the perpendicular direction is made according to the law specified by the control:

d z d x = 8 x  e x 2 ( 8 x 3 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( 1 2 x 2 ) β cos z

Figure 00000004
d z d x = - 8 x e x 2 - ( 8 x 3 - 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( one - 2 x 2 ) β cos z
Figure 00000004

где x = r a

Figure 00000005
Where x = r a
Figure 00000005

r - текущая координата вдоль поверхности упругой пластины; r is the current coordinate along the surface of the elastic plate;

z = h ( r ) h max

Figure 00000006
z = h ( r ) h max
Figure 00000006

где h(r) - переменная толщина пластины;where h (r) is the variable thickness of the plate;

hmax - конструктивно задаваемая максимальная толщина пластины;h max - structurally set maximum plate thickness;

α = h max + h min 2 h max

Figure 00000007
α = h max + h min 2 h max
Figure 00000007

hmin - минимальная допустимая толщина пластины,h min - the minimum allowable plate thickness,

β = h max h min 2 h max

Figure 00000008
β = h max - h min 2 h max
Figure 00000008

при этом в центре упругой пластины параллельно закрепленным сторонам установлено ребро с высотой l≥hmax, жестко связанное с указанной пластиной, один конец которого шарнирно связан с несущим корпусом и удален от центра упругой пластины на величину 1,484а, и при этом пьезокерамический столбик шарнирно связан с ребром в точке, совпадающей с центром упругой пластины, и при этом в него дополнительно введен привод вращательного движения и неподвижное основание, причем ось привода вращательного движения совпадает с центром упругой пластины, а несущий корпус связан с приводом вращательного движения и неподвижным основанием с возможностью вращения пластины.wherein in the center of the elastic plate fixed parallel to the sides of the rib is set to the height l≥h max, is rigidly associated with said plate, one end of which is pivotally connected to the carrier body and the elastic plate is removed from the center by the amount and 1,484, and wherein the piezo ceramic column pivotally connected with an edge at a point coinciding with the center of the elastic plate, and at the same time, a rotary motion drive and a fixed base are additionally introduced into it, and the axis of the rotational motion drive coincides with the center of the elastic plate, and The supporting body is connected with a rotational motion drive and a fixed base with the possibility of rotation of the plate.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается квадратной формой отражающей пластины, закреплением пластины за две параллельные стороны, введением жестко связанного с пластиной ребра, а также иным (цилиндрическим) профилем изменения ее толщины, что обеспечивает воссоздание теоретического профиля корректирующей фазы (1). Кроме того, введены привод вращательного движения и неподвижное основание, взаимодействующие так, что позволяют разворотом корректирующей апертуры ориентировать зеркало в соответствии с направлением ветрового сноса на атмосферной трассе. Замена смещения апертуры деформируемого зеркала ее разворотом позволяет повысить эффективность использования корректирующей апертуры и динамику обработки флуктуации направлений ветра.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device differs in the square shape of the reflecting plate, fixing the plate for two parallel sides, introducing the ribs rigidly connected to the plate, and also another (cylindrical) profile for changing its thickness, which ensures the reconstruction of the theoretical profile of the correcting phase (1) . In addition, a rotary motion drive and a fixed base are introduced, interacting in such a way that they allow the mirror to be oriented by the rotation of the correction aperture in accordance with the direction of wind drift on the atmospheric path. Replacing the displacement of the aperture of the deformable mirror with its rotation allows you to increase the efficiency of using the corrective aperture and the dynamics of processing fluctuations in wind directions.

Приведенная совокупность признаков неразрывна, обеспечивает реализацию поставленной задачи и соответствует критерию "существенные отличия".The given set of features is inextricable, ensures the implementation of the task and meets the criterion of "significant differences".

Указанные признаки в известной авторам отечественной и зарубежной научно-технической и патентной аппаратуре не обнаружены, поэтому заявленное устройство соответствует критерию "новизна".These signs in the known authors of domestic and foreign scientific, technical and patent equipment were not found, therefore, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлен профиль необходимого предыскажения фазы лазерного пучка по зависимости (1);in FIG. 1 shows the profile of the necessary predistortion of the phase of the laser beam according to dependence (1);

на фиг. 2 схематически представлена конструкция деформирующего зеркала для компенсации теплового расплывания лазерного пучка.in FIG. Figure 2 schematically shows the design of a deforming mirror to compensate for the thermal spreading of a laser beam.

Деформируемое зеркало (см. фиг. 2) содержит отражающую упругую пластину 1 переменной толщины, связанную при помощи винтов 2 с несущим корпусом 3, в котором установлен пьезокерамический столбик 4, ребро 5, жестко связанные с упругой пластиной 1 в ее центре, шарнир 6 связывает ребро 5 и несущий корпус 3, выполненный в виде ослабления сечения ребра 5, шарнир 7 связывает ребро 5 и пьезокерамический столбик 4, выполненный в виде оси, привод вращательного движения 8, например моментный двигатель, неподвижное основание 9, связанное с несущим корпусом 3 с возможностью вращения через шарикоподшипники 10, 11.The deformable mirror (see Fig. 2) contains a reflective elastic plate 1 of variable thickness, connected by screws 2 to the supporting body 3, in which a piezoceramic column 4 is installed, a rib 5, rigidly connected to the elastic plate 1 in its center, the hinge 6 connects the rib 5 and the bearing body 3, made in the form of attenuating the cross section of the rib 5, the hinge 7 connects the rib 5 and the piezoceramic column 4, made in the form of an axis, a rotational motion drive 8, for example, a torque motor, a fixed base 9, connected with the bearing case 3 with rotation through ball bearings 10, 11.

Предлагаемое деформируемое зеркало работает следующим образом.The proposed deformable mirror operates as follows.

Управляющее напряжение от блока питания (на чертеже не показан) подается на пьезокерамический столбик 4, в результате чего пропорционально приложенному напряжению он удлиняется. Удлинение столбика 4 приводит к повороту ребра 5 вокруг шарнира 6, связывающего его с несущим корпусом 3. Поскольку ребро 5 тесно связано с отражающей пластиной 1, то отражающая поверхность вдоль направления параллельно закрепленными сторонами (см. фиг. 2) наклоняется, что обеспечивает воспроизведение этой составляющей теоретического профиля предыскажений (1), а именно ( 1 + e r f ( x a ) )

Figure 00000009
. В другом направлении пластина 1 имеет переменную толщину, конфигурация которой обеспечивает воспроизведение второй составляющей соотношения (1) ортогонально первому направлению - e y 2 / a 2
Figure 00000010
.The control voltage from the power supply (not shown) is supplied to the piezoceramic column 4, as a result of which it is extended in proportion to the applied voltage. The elongation of the column 4 leads to the rotation of the rib 5 around the hinge 6, connecting it with the supporting body 3. Since the rib 5 is closely connected with the reflecting plate 1, the reflecting surface along the direction of the parallel-fixed sides (see Fig. 2) is inclined, which ensures reproduction of this component of the theoretical predistortion profile (1), namely ( one + e r f ( x a ) )
Figure 00000009
. In the other direction, the plate 1 has a variable thickness, the configuration of which ensures the reproduction of the second component of the ratio (1) orthogonal to the first direction - e - y 2 / a 2
Figure 00000010
.

Моментный привод вращательного движения 8 управляется сигналами от внешних датчиков направления ветра (на чертеже не указаны), при этом он разворачивает несущий корпус 3 с закрепленными на нем отражающей пластиной 1 и пьезокерамическим столбиком 4 таким образом, что ребро 5 совпадает с направлением зарегистрированного ветрового сноса. Разворот несущего корпуса 3 осуществляется относительно неподвижного основания 9 через шарикоподшипники 10, 11.The rotational moment drive 8 is controlled by signals from external wind direction sensors (not shown in the drawing), while it deploys the supporting body 3 with the reflecting plate 1 and the piezoceramic column 4 fixed on it so that the edge 5 coincides with the direction of the recorded wind drift. The rotation of the bearing housing 3 is carried out relative to the fixed base 9 through ball bearings 10, 11.

Лазерный пучок, отразившись от поверхности сдеформированного зеркала, приобретает фазовый сдвиг. Пройдя через слой атмосферы из-за наличия нелинейных тепловых натяжений, имеющих профиль, сопряженный представленному на фиг. 1, пучок на конечном участке трассы приобретает плоский фазовый фронт. Величина управляющего напряжения, подаваемого на пьезокерамический столбик, постоянно изменяется, что определяется флуктуациями метеопараметров в атмосфере и дальностью до цели.The laser beam, reflected from the surface of the deformed mirror, acquires a phase shift. After passing through the atmosphere layer due to the presence of nonlinear thermal tensions having a profile conjugate to that shown in FIG. 1, the beam in the final section of the path acquires a flat phase front. The magnitude of the control voltage supplied to the piezoceramic column is constantly changing, which is determined by fluctuations of meteorological parameters in the atmosphere and the range to the target.

В оптической системе, в которой применяется такое зеркало, сигнал управления пьезокерамическим столбиком определяется на основании алгоритма максимизации интенсивности в плоскости цели /В.П. Лукин, "Атмосферная адаптивная оптика", "Наука", 1986 г./.In the optical system in which such a mirror is used, the control signal of the piezoceramic column is determined based on the algorithm for maximizing the intensity in the target plane / B.P. Lukin, "Atmospheric adaptive optics", "Science", 1986 /.

Анализ теоретического фазового профиля предыскажений Δφ(x, y) - (1) показывает, что в (1) присутствуют два независимых сомножителя с разделенными переменными. При этом каждый из сомножителей описывает фазу во взаимно ортогональных сечениях.An analysis of the theoretical phase profile of the predistortions Δφ (x, y) - (1) shows that in (1) there are two independent factors with separated variables. In addition, each of the factors describes the phase in mutually orthogonal sections.

Функция 1 + e r f ( x a )

Figure 00000011
на отрезке 0 x a 1
Figure 00000012
может быть с высокой точностью аппроксимирована функцией c + b ( x a )
Figure 00000013
. Коэффициенты C и B были определены по методу наименьших квадратов:Function one + e r f ( x a )
Figure 00000011
on the segment 0 x a one
Figure 00000012
can be approximated with high accuracy by function c + b ( x a )
Figure 00000013
. The coefficients C and B were determined using the least squares method:

1 + e r f ( x a ) 1,022 + 0,6888 ( x a )                   (3)

Figure 00000014
one + e r f ( x a ) 1,022 + 0.6888 ( x a ) (3)
Figure 00000014

Среднеквадратическая ошибка приближения (3) не превышаетThe standard error of the approximation (3) does not exceed

·σ2≤2,2·10-4 Σ 2 ≤2.2 · 10 -4

С учетом этого корректирующая фаза может быть представлена:With this in mind, the corrective phase can be represented:

Δ ϕ ( x , y ) = ϕ 2 e y 2 / a 2 [ 1,0222 + 0,6888 ( x a ) ]                  (4)

Figure 00000015
Δ ϕ ( x , y ) = - ϕ 2 e - y 2 / a 2 [ 1,0222 + 0.6888 ( x a ) ] (four)
Figure 00000015

Функция отклика деформируемого зеркала вдоль оси X в виде (3) реализуется при помощи ребра 5. Из (3) нетрудно найти расстояние от центра деформируемого зеркала до места закрепления ребра 5 при помощи шарнира 6 на несущем корпусе 3.The response function of the deformable mirror along the X axis in the form of (3) is implemented using the edge 5. From (3) it is easy to find the distance from the center of the deformable mirror to the point of fastening of the edge 5 using the hinge 6 on the supporting body 3.

1,022 + 0,6888 ( x a ) = 0                                         (5) x = 1 ,484 a

Figure 00000016
1,022 + 0.6888 ( x a ) = 0 (5) x = one , 484 a
Figure 00000016

Функция отклика вдоль оси Y должна обеспечиваться в виде: e y 2 / a 2

Figure 00000017
, что обеспечивается выбором закона изменения толщины пластинки. Уравнение изгиба прямоугольной полосы переменной толщины можно представить в виде:The response function along the Y axis should be provided in the form: e - y 2 / a 2
Figure 00000017
This is ensured by the choice of the law of variation of the plate thickness. The equation of bending of a rectangular strip of variable thickness can be represented as:

D d 2 ϕ d x 2 + d D d x d ϕ d x = q a 2 x 8                          (6)

Figure 00000018
D d 2 ϕ d x 2 + d D d x d ϕ d x = - q a 2 x 8 (6)
Figure 00000018

гдеWhere

D - цилиндрическая жесткостьD - cylindrical stiffness

D = E   h 3 ( x ) 12 ( 1 ν 2 )                                     (7)

Figure 00000019
D = E h 3 ( x ) 12 ( one - ν 2 ) (7)
Figure 00000019

гдеWhere

E - модуль Юнга,E is Young's modulus,

ν - коэффициент Пуассона,ν is the Poisson's ratio,

h(x) - переменная толщина,h (x) is a variable thickness,

φ - угол поворота плоскости пластины связанный с поперечным изгибом соотношением: ϕ = d w d x                            (8)

Figure 00000020
φ is the angle of rotation of the plane of the plate associated with a transverse bending ratio: ϕ = - d w d x (8)
Figure 00000020

гдеWhere

w - поперечный прогиб.w is the transverse deflection.

Поскольку при отыскании толщины h(x) в реальном деформируемом зеркале всегда существует ограничения hmin≤h(x)≤hmax, введем вспомогательную функцию, позволяющую автоматически учитывать указанное условие:Since when searching for the thickness h (x) in a real deformable mirror, there are always restrictions h min ≤h (x) ≤h max , we introduce an auxiliary function that allows us to automatically take into account the indicated condition:

h ( x ) h min = α + β sin z                  (9)

Figure 00000021
h ( x ) h min = α + β sin z (9)
Figure 00000021

гдеWhere

α = 0,5 h max + h min h max

Figure 00000022
α = 0.5 h max + h min h max
Figure 00000022
β = 0,5 h max h min h max
Figure 00000023
β = 0.5 h max - h min h max
Figure 00000023

Подставляем 9, 8, 7 в 6, а также учитывая, что необходимый поперечный изгиб w = e x 2 / a 2

Figure 00000024
, получаем уравнение:We substitute 9, 8, 7 into 6, and also considering that the necessary transverse bending w = e - x 2 / a 2
Figure 00000024
we get the equation:

d z d x = 8 x   e x 2 ( 8 x 3 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( 1 2 x 2 ) β cos z         (10)

Figure 00000025
d z d x = - 8 x e x 2 - ( 8 x 3 - 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( one - 2 x 2 ) β cos z (10)
Figure 00000025

Соотношение (10) является основным для определения толщины. Наиболее просто определить h(y) из (10) численно, например, методом Рунге-Кутта, Настольный микрокалькулятор МК-61 при использовании готовых программ /А.Н. Цветков, В.А. Епанечников, "Прикладная программа для микроЭВМ", М., 1984 г., стр. 61/ позволяет вычислить профиль деформируемого зеркала за 3-10 мин в зависимости от необходимого количества точек.Relation (10) is the main one for determining the thickness. The easiest way to determine h (y) from (10) is numerically, for example, using the Runge-Kutta method, MK-61 Table Microcalculator using ready-made programs / A.N. Tsvetkov, V.A. Yepanechnikov, "Application program for microcomputers", Moscow, 1984, p. 61 / allows one to calculate the profile of a deformable mirror in 3-10 minutes depending on the required number of points.

Таким образом, конструкция деформируемого зеркала обеспечивает воспроизведение функции e y 2 / a 2

Figure 00000026
вдоль оси Y и функции 1,022 + ( x a ) 0,6888
Figure 00000027
вдоль оси X, что позволяет с погрешностью ≤2,2·10-4 воспроизводить профиль предыскажений (1). По оценкам, приведенным в работе /1/, относительная интенсивность в плоскости цели при априорной компенсации теплового нелинейного искажения на трассе длиной 16 км в виде предыскажения (1) увеличивается более чем в 8 раз.Thus, the design of the deformable mirror ensures the reproduction of the function e - y 2 / a 2
Figure 00000026
along the y axis and function 1,022 + ( x a ) 0.6888
Figure 00000027
along the X axis, which allows reproducing the predistortion profile (1) with an error of ≤2.2 · 10 -4 . According to the estimates given in / 1 /, the relative intensity in the target plane, while a priori compensating for thermal nonlinear distortion along a 16 km path in the form of predistortion (1), increases by more than 8 times.

Таким образом, конструкция заявляемого деформируемого зеркала позволяет при этом же числе деформирующих приводов повысить качество фазовой коррекции, что позволяет более чем в 6 раз повысить интенсивность лазерного излучения на цели при прохождении им возмущающего атмосферного слоя. Кроме этого, в заявленном устройстве эффективная корректирующая апертура равна поперечному размеру лазерного пучка, в устройстве же прототипа она должна быть в два раза большей.Thus, the design of the inventive deformable mirror allows the same number of deforming drives to improve the quality of phase correction, which allows more than 6 times to increase the intensity of laser radiation on the target when it passes a disturbing atmospheric layer. In addition, in the claimed device, the effective corrective aperture is equal to the transverse size of the laser beam, while in the prototype device it should be twice as large.

Предлагаемое деформирующее зеркало может широко использоваться в передающих лазерных оптических системах, системах космической связи и локации, где необходима компенсация нелинейных тепловых искажений ограничивающих дальность и эффективность действия указанных систем.The proposed deforming mirror can be widely used in transmitting laser optical systems, space communication systems and locations, where it is necessary to compensate for non-linear thermal distortions limiting the range and efficiency of these systems.

Используемая литератураUsed Books

1. В.П. Лукин, "Атмосферная адаптивная оптика", Наука, Сиб. отд., 1986 г., стр. 207÷209.1. V.P. Lukin, “Atmospheric adaptive optics”, Science, Sib. Dep., 1986, pp. 207 ÷ 209.

Claims (1)

Деформируемое зеркало, содержащее отражающую упругую пластину, профиль которой с тыльной стороны выполнен переменной толщины, связанное по периферии с несущим корпусом, средства деформирования пластины, выполненные в виде расположенного на несущем корпусе столбика пьезокерамики, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фазовой компенсации теплового искажения лазерного пучка в атмосфере и уменьшения габаритов, упругая пластина выполнена квадратной со сторонами 2а×2а,
где а - радиус корректируемого пучка, и связана с несущим корпусом по двум параллельным сторонам, при этом толщина упругой пластины в сечениях, параллельных этим сторонам, выполнена постоянной, а в перпендикулярном направлении выполнена по закону
d z d x = 8 x  e x 2 ( 8 x 3 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( 1 2 x 2 ) β cos z
Figure 00000004

где z = h ( x ) h max
Figure 00000028
x = r a
Figure 00000029

h(x) - переменная толщина пластины;
hmax - конструктивно заданная максимальная толщина пластины;
r - текущая координата вдоль поверхности упругой пластины;
α = 0,5 h max + h min h max
Figure 00000030
; β = 0,5 h max h min h max
Figure 00000031

hmin - минимальная допустимая толщина пластины,
при этом в центре упругой пластины параллельно закрепленным сторонам установлено ребро с высотой l≥hmax, жестко связанное с пластиной, один конец которого шарнирно связан с несущим корпусом и удален от центра упругой пластины на 1,484а, причем пьезокерамический столбик шарнирно связан с ребром в точке, совпадающей с центром упругой пластины, и в него дополнительно введены привод вращательного движения и неподвижное основание, причем ось привода вращательного движения совпадает с центром упругой пластины, а несущий корпус связан с приводом вращательного движения и неподвижным основанием с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр упругой пластины.
A deformable mirror containing a reflecting elastic plate, the profile of which on the back is made of variable thickness, peripherally connected with the bearing housing, plate deformation means made in the form of a piezoceramic column located on the bearing housing, characterized in that, in order to improve the accuracy of phase compensation of thermal distortion of the laser beam in the atmosphere and reduce the size, the elastic plate is made square with sides 2 a × 2 a ,
where a is the radius of the corrected beam, and is connected with the supporting body along two parallel sides, while the thickness of the elastic plate in sections parallel to these sides is constant, and in the perpendicular direction is made according to the law
d z d x = - 8 x e x 2 - ( 8 x 3 - 12 x ) ( α + β sin z ) 3 2 ( one - 2 x 2 ) β cos z
Figure 00000004

Where z = h ( x ) h max
Figure 00000028
x = r a
Figure 00000029

h (x) is the variable plate thickness;
h max - structurally specified maximum plate thickness;
r is the current coordinate along the surface of the elastic plate;
α = 0.5 h max + h min h max
Figure 00000030
; β = 0.5 h max - h min h max
Figure 00000031

h min - the minimum allowable plate thickness,
wherein in the center of the elastic plate fixed parallel to the sides of the rib is set to the height l≥h max, is rigidly connected to the plate, one end of which is pivotally connected to the carrier body and the elastic plate is removed from the center to 1,484 a, wherein a piezoceramic column hingedly connected to an edge at the point coinciding with the center of the elastic plate, and a rotary motion drive and a fixed base are additionally introduced into it, and the axis of the rotational motion drive coincides with the center of the elastic plate, and the bearing body is connected to the drive m of rotational motion and a fixed base with the possibility of rotation around an axis passing through the center of the elastic plate.
SU4500289/28A 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror RU1841097C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4500289/28A RU1841097C (en) 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4500289/28A RU1841097C (en) 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1841097C true RU1841097C (en) 2015-06-10

Family

ID=53294670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4500289/28A RU1841097C (en) 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1841097C (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2343262B1 (en) * 1976-03-05 1978-08-25 Anvar

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2343262B1 (en) * 1976-03-05 1978-08-25 Anvar

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Адаптивная оптика/ под редакцией Э.А. Витриченко, стр. 106-115. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6809307B2 (en) System and method for effecting high-power beam control with adaptive optics in low power beam path
US7626152B2 (en) Beam director and control system for a high energy laser within a conformal window
US6849841B2 (en) System and method for effecting high-power beam control with outgoing wavefront correction utilizing holographic sampling at primary mirror, phase conjugation, and adaptive optics in low power beam path
US4904073A (en) Fractal tiling for multiple mirror optical devices
US4253735A (en) Image forming optical system for semiconductor laser
CA1087006A (en) Optical system for rotating mirror line scanning apparatus
US4512625A (en) Scanner optics with no cross scan field curvature
EP0028160A1 (en) Flying spot optical scanner systems
CA2135368A1 (en) Laser deflection apparatus for a conical laser reference instrument
US4583816A (en) Preobjective hologon scanner system
KR870009225A (en) Ion beam injection control device and method
US4467186A (en) Mirror actuator control system
KR920001957A (en) Object Position and Orientation Optical Determination Device
US20220342201A1 (en) Micro-electro-mechanical system (mems) micro-mirror array (mma) steered high-power laser transmitter
RU1841097C (en) Deformable mirror
US6914232B2 (en) Device to control laser spot size
KR930016798A (en) Method and device for error correction in sound wave-ray refraction
WO1990013056A1 (en) Optical beam steering device
Beiser Laser scanning notebook
Dunn NSO/SP adaptive optics program
Ice et al. A simple cantilevered mirror for focusing synchrotron radiation
Andreev et al. Phase-conjugation correction of distortions in a shaping telescope with a diffraction optical component
RU2046382C1 (en) Wavefront detector
JPH06123849A (en) Scanning optics
JP2996679B2 (en) Optical device