Введение к работе
Актуальность темы. Мощный прогресс- оптической наук:-: и техник:-: на протяжении последки:-: 25 лет убедительно показал, что одниу ::s самых интересных, перспективных и эффективных средств повышения качества оптических систем, в i"v числе лазерных и ктупкогабарпт-ных, является адаптивная оптика или техника управления волновым Фронтом оптического излучения ь реальном времени с целью динамической компенсации фазовых искажений. Успешное развитие последней привело, б частности, к тагу, что з настоящее время ни один из проектов крупных астрономических телескопов не обходится без ее использования. Плюс к этому: в современной лазерной оптике существуют отчетливые тенденции по внедрению адаптивной техники в лазерные комплексы, в тем числе в промышленные.
однако, на пути широкого использования адаптивно:: опт:::-.:: существуют определенные препятствия, з частности: необходіп-.: высоки,': уроЕень равЕїітил оптической технологии и техники обработки информации з реальном времен:1, наличие сложных многоканальных электронных систем управления и т.д. Вот почему в сложившейся ситуации ос"бук актуальность п. интерес представляет адаптивная оптика кнз-кого порядка коррекции, или так называемая "малая" адаптивная оптика. Подобные системы отличаются следующими характерними особенностями:
з) эффективной коррекцией наиболее "вредных" фаговых искажений, вносящих максимальный вклад в ошаение качества оптической системы; в большинстве практический: случаев зти искажения являются крупномасштабными и представляют .собой динамические оптические аберрации низких порядков;
б) сравнительно малым числом каналов управления волновым
- 4 -фронтом.
Перечисленные качества "малой" адаптивной оптики делают ее более простой и дешевой по сравнению с традиционными системами и при этом она лишь незначительно уступает последним по эффективности. Таким образом, с точки зрения технического внедрения, в том числе е промышленном масштабе, адаптивная оптика низкого порядка коррекции явно предпочтительнее традиционной техники.
В такой ситуации закономерно возникает вопрос о наиболее подходящем корректоре волнового фронта для "малых" адаптивных оптических систем. Из перечисленных выше особенностей последних вытекает основное требование для такого корректора: высокая эффективность компенсации крупномасштабных фазовых искажений при малом числе каналов управления. С этой точки зрения, практически идеальным средством для -"малой" адаптивной оптики являются управляемые биморфные зеркала. Причем актуальность их исследования существенно повышается при переходе к более широкому использованию адаптивной оптики, в том числе в промышленных оптических системах.
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы являются разработка, создание и исследования управляемой биморфной оптики широкого назначения на основе пьезоэлектрических структур.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
-
разработка и оптимизация эффективных конструкций промышленных биморфных зеркал с повышенной чувствительностью для лазерной оптики малой и средней мощности:
-
разработка крупногабаритных биморфных зеркал для астрономической оптики:
_ с _
Ь; экспериментальные и расчетные исследования разработанной биморфной оптики и эффективности ее использования при компенсации покзхенпй Еолноного фронта;
4: разработка методик компьютерного моделирования биморфной оптики и ее эффективности прг. компенсации фазовых искажений;
5) разработка операторного метода доследования адаптивной оптики для получения оперативных оценок ее эффективности.
Научная новизна результати.
1. Созданы полупромышленные пьезоэлектрические Симорфные зеркала с повышенной чувствительностью для лазерной оптики, а именно: охлаждаемые из меди и молибдена и неохлаждаемые из молибдена. С их разработкой практически решена задача создания эффективного корректора еолнового фронта лля адаптивных оптических систем низкого порядка коррекции, з -том числе промышленного назначения.
нее зеркало лкэметрсм 3.3 метра и? оптического сотали? ? пневма-
тической системой разгрузка. Установлены его преимущества при компенсации крупномасштабных фазовых искажений по сравнению с аналогичным активным зеркалом на дискретных приводах.
4. Впервые разработан операторный метол исследования эффективности адаптивней коррекгдн". на основе которого получены Выражения и алгоритм вычисления для остаточной ошибки компенсации Фазовых искажений, а также введены параметры точности деформируемых зеркал при адаптивной компенсацій, играющие роль качественных критериев сравнения корректоров.
- о -
Защищаемые положения.
-
Разработанные биморфные зеркала эффективно устраняют существующие фаговые искажения в лазерных системах малой и средней мощности.
-
Применение многослойных мозаичных биморфных структур обеспечивает повышение чувствительности управляемой биморфной оптики и возможность создания крупногабаритных биморфных зеркал.
-
Предложенное 3.3-метровое биморфное зеркало эффективно устраняет крупномасштабные низкочастотные искажения волнового фронта большой амплитуды, существующие в современных оптических телескопах.
-
Применение крупногабаритных биморфных зеркал обеспечивает повышение -эффективности и качества активной коррекции низкого порядка по сравнению с использованием крупногабаритных зеркал на дискретных приводах.
-
Разработанный операторный метод позволяет оценить величину остаточной ошибки адаптивной коррекции для любых деформируемых зеркал и произвольных фазовых искажений, а также ввести качественные критерии сравнения управляемой оптики - параметры точности деформируемых зеркал при адаптивной коррекции.
Практическая ценность работы.
-
Полупромышленные охлаждаемые и неохлаждаемые биморфные зеркала обеспечивают эффективную динамическую компенсацию фазовых искажений, существующих в современной лазерной оптике средней и малой мощности.
-
Расчетные модели биморфной оптики и методики компьютерного моделирования эффективности ее применения успешно использованы при проектированіш адаптивных биморфных зеркал для' промышленной лазерной оптики, а также при исследованиях крупногабаритных би-
морфных зеркал для астрономических телескопов.
- 3.- Разработанная -- технология биморфной оптики зкутте- с многое— " лойкым мозаичным способом формирования биморфных структур успепкс-применяется з производстве адаптивных биморфных зеркал для промышленной лазерной оптики и может быть использована при создании крупногабаритных биморфных зеркзл лля телескопов. ?роме тоге, предложенная техника формирования биморфных структур является перспективной не только а оптика, но и вообще для управления геометрией произвольных поверхностей, например крылом самолета и т.л.
4. Проведенные исследования крупногабаритных биморфных зеркал показывают их высокую эффективность и перспективность использования в астрономических телескопах для коррекции крупномасштабных фазовых искаденпп. їїх применение обеспечивает повышение эффективности и качества активной коррекции пс сравнена; с использованием зеркал на дискретных приводах.
с. 'операторный метод анализа адаптивной коррекции полезен :: удобен при теоретических исследованиях адаптивных оптических систем. Полученные с его помощью выражения для остаточной ошибки компенсации фазовых искажений успешно используется на практик-при проектировании лазерной адаптивной оптики. Предложенные параметры точности деформируемых зеркал при адаптивной коррекции полезны и удобны в качестве критериев сравнения фазових корректоров, області практического использования этих параметров - проектирование и исследование управляемой оптики.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы дс-лояены и обсуждены на научно-технической конференщ-ш "Оптические зеркала из нетрадиционных материалов" (Москва, 1989): школе-семинаре "Лазеры л современное проиборостроение" (С.-Петербург, 1991); между-
народном симпозиуме "Коротковолновые лазеры и их применения" (Самарканд, 1990); международной конференции "Активная и адаптивная оптика" (Гархинг/Мюнхен, Германия, 1993); международной конференции "Лазерная метрология: современные достижения для промышленного применения" (Брайтон, Великобритания, 1993).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, приведенных в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем работы составляет 181 страницу, включая 37 рисунков, 19 таблиц и 10 страниц библиографии, содержащей 98 наименований.
