Адаптивное биморфное зеркало

 

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к конструкциям зеркал с регулируемым профилем отражающей поверхности. Цель изобретения - повышение качества коррекции волнового фронта излучения за счет стабилизации реперной формы отражающей поверхности, уменьшение электромеханического гистерезиса и увеличение диапазона управляемых деформаций. Адаптивное биморфное зеркало выполнено в виде последовательно установленных отражающей пластины, охлаждаемой подложки и двух пьезоэлектрических пластин с управляющими электродами. Управляющие электроды пластин подключены к электронной системе управления . Толщины пьезоэлектрических пластин, а также отражающей пластины и охлаждаемой подложки выбираются в определенном соотношении. Зеркало может быть использовано в различных технологических комплексах для управления волновым фронтом лазерного излучения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. ел с

СЛОЗ СОИТСI VIX

СОЦИ АЛИС I M Е С К ИХ

PF.I.I1ÓÁËÈÊ (sIIs Н 01 Я 3/02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ,00

:О СО

Ql К ) 1с.э (21) 4766709/25 (22) 19.12.89 (46) 07.04.93. Бюл, N 13 (75) А. В. Икрамов, А. В. Кудряшов, А, Г, Сафронов, С. В. Романов, И. M. Рощупкин и

А. О. Сулимов (56) Тараненко В. Г, и др. Зеркала для адаптивных оптических систем — Зарубежная радиоэлектроника, 1982, М 8, с. 19 — 43, Воронцов М. А, и др. Управляемые зеркала на основе полупассивных биморфных пьезоэлементов. Препринт НИЦТЛАН

СССР. — Шатура, 1987, (54) АДАПТИВНОЕ БИМОРФНОЕ ЗЕРКАЛО (57) Изобретение относится к квантовой электронике. в частности к конструкциям зеркал с регулируемым профилем отражающей поверхности. Цель изобретения — повыИзобретение относится к квантовой элвктронике и лазерной технике, э именно к управляемым зеркальным системам, и может быть использовано для управления волновым фронтом оптического излучения в технологических лазерных комплексах, Цель изобретения — повышение качества коррекции волнового фронта излучения за счет повышения стабилизации реперной формы отражающей поверхности зеркала, уменьшение электромеханического гистерезиса и увеличение диапазона управляемых деформаций, На фиг. 1 изображена конструкция адаптивного биморфного зеркала; на фиг. 2 — геометрия расположения секционирован„., 5Ц„„1808159 АЗ шение качества коррекции волнового фронта излучения за счет стабилизации реперной формы отражающей поверхности, уменьшение электромеханического истерезиса и увеличение диапазона управляемых деформаций, Адаптивное биморфное зеркало выполнено в виде последовательно установленных отражающей пластины, охлэждаемой подложки и двух пьезоэлектрических пластин с управляющими электродами. Управляющие электроды пластин подключены к электронной системе управления. Толщины пьезоэлектрических пластин, а также отражающей пластины и охлаждаемой подложки выбираются в определенном соотношении. Зеркало может быть использовано в различных технологических комплексах для управления волновым фронтом лазерного излучения. 3 з,п. ф-лы, 3 ил. ных управляющих электродов на поверхности пьезокерамической пластины; на фиг. 3 — ориентация каналов для протока хладагента, образованных на охлаждаемой подложке, относительно каналов подвода и отвода хлэдагента.

Зеркало состоит из подложки 1 с каналами подвода 2 и отвода 3 хладэгента и структурой охлаждения "вафельного" типа, образованной каналами 4 на поверхности подложки, отражающей пластины 5. дополнительной пьезокерамической пластины 6 r. двумя управляющими электродами 7 и 8, основной монолитной пьезокерэмической пластины 9 с секционировэнными упрэвля"

1808159 ющими электродами 10, подключенными к электронной системе управления.

Адаптивное биморфное зеркало работает следующим образом, Оптическое излучение, падающее на зеркало, предварительно "анализируется" в электронной системе управленйя, в которой вырабатываются управляющие сигналы в виде электрических напряжений, поступающие на секционированные управляющие 10 электроды 10 монолитной пьеэокерамической пластины 9. Сплошной электрод пластины 9, общий с управляющим электродом

8 дополнительной пьезокерамической пластины 6, заэемляется, За счет обратного пьезоэлектрического эффекта монолитная пластина 9 деформируется, а поскольку она является составной частью биморфной структуры "подложка 1 — пьезокерамическая пластина 9", происходит деформация и самой охлаждаемой подложки 1 и, следовательно, отражающей пластины 5, При изменении напряжения на секционированных управляющих электродах 10 происходит изменение деформаций отражающей пласти- 2 -> ны 5. Поскольку пьезоэлектрической керамике, из которой изготовлена монолит- ная пластина 9, присущие явление гистерезиса, происходит "запаздывание" деформаций отражающей поверхности пла- 30 стины 5 зеркала относительно изменения напряжения на сегментированных управляющих электродах 10, Для компенсации вли-. яния гистерезиса пьезокерамики на деформации отражающей поверхности на 35 управляющий электрод 7 дополнительной пьезокерамической пластины 6 подается компенсирующее напряжение от электронной системы регулирования.

В ел ич и на деформаций отража ю щей 40 пластины 5 зависит от значения напряжения на сегментированных управляющих электродах 10, материалов пьезоэлектрических пластин 6 и 9, отражающей пластины 5 и подложки 1, а также от соотношения тол- 45 щин в структуре из укаэанных элементов.

При прочих равных условиях соотношение толщин отражающей пластины 5 h<, подложки 1 hg, дополнительной 6 и основной 9 пьезокерамических пластин h3 и h4, соответ- 50 ствующее максимальному диапазону управляемых деформаций отражающей поверхности 5 зеркала, составляет h1: h2: йз: h4 = 5: 10; 3: 3. При этом диаметры d управляющих электродов 7, 8 должны быть 55 не меньше диаметра рабочей поверхности отражающей пластины.

Эффективность работы адаптивного биморфного зеркала в составе оптической системы во многом определяется совпадением спектров пространственных частот корректируемого волнового фронта и деформаций отражающей поверхности 5 самого адаптивного биморфного зеркала. Последний полностью определяется конфигурацией и числом сегментированных управляющих электродов 10 основной пьезоэлектрической пластины 9. Было установлено, что наилучшему приближению спектра пространственных частот деформаций адаптивного биморфного зеркала к пространственному спектру волнового фронта при компенсации крупномасштабных аберраций, соответствующих первым десяти полиномам Цернике, соответствует расположение управляющих электродов согласно фиг. 2. Как видно иэ фиг. 2, среднее кольцо уп равляющих электродов разбито на восемь самостоятельных сегментов 11. В этом случае оптимальному пространственному спектру адаптивного зеркала соответствует отношение радиусов кольцевых зон управляющих электродов r1: r2; гз = 5: 9; 10.

Волновой фронт лазерного излучения, отраженного от деформированной поверхности адаптивного биморфного зеркала, приобретает адаптивную составляющую, за счет чего и происходит компенсация искажений волнового фронта излучения. Стабилизация реперной формы отражающей поверхности пластины 5, относительно которой происходит управление деформациями, осуществляется, во-первых, за счет ориентации структуры охлаждения таким образом, что каналы для протока хладагента располагаются под углом 45 к линии, соединяющей каналы подвода и отвода хладагента, Такое выполнение предотвращает возникновение застойных эон в системе охлаждения и ведет к увеличению турбулиэации потока хладагента, что, в свою очередь, ведет к повышению теплосъема, и, во-вторых, благодаря введению дополнительной пьезокерамической пластины, деформации которой за счет подачи на управляющий электрод 7 специального "компенсирующего" потенциала от электронной системы управления, устраняет влияние сферической аберрации, вызванной действием лазерного излучения. Вместе с тем "компенсирующее" напряжение управляющего электрода

7 дополнительной пьезокерамической пластины 6 приводит к дополнительному увеличению диапазона управляемых деформаций адаптивного биморфного зеркала.

Адаптивное биморфное зеркало может быть использовано для большого числа классов управляемых оптических систем, в различных лазерных технологических комп1808159 лексах, при любых режимах управления волновым фронтом излучения.

Формула изобретения

1, Адаптивное биморфное зеркало, содержащее последовательно расположенные отражающую пластину, размещенную на поверхности подложки с каналами охлаждения, выполненными в виде канавок на поверхности подложки, сообщающихся через коллекторы с каналами подвода и отвода хладоагента, и основную пьезокерамическую пластину, снабженную по крайней мере, тремя основными управляющими кольцевыми электродами, подключенными к электронной системе управления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества коррекции волнового фронта излучения за счет стабилизации реперной формы отражающей поверхности, уменьшения электромеханического гистерезиса и увеличения диапазона управляемых деформаций, между охлаждаемой подложкой и основной пьезокерамической пластиной расположена дополнительная пьезокерамическая пластина с размещенными на ее пОверхностях двумя дополнительными электродами, подключенными к электроннОй системе управления и выполненными в виде дисков, один из которых установлен в контакте с поверхностью охлаждаемой подложки, а другой — в контакте с поверхностью основной пьезокерамической пластины, при этом диаметры дополнительных управляющих электродов d, толщины отражаю5 щей пластины h, охлаждаемой подвижки h< дополнительной и основной пьезоэлектрических пластин йз и п4 соответственно удовлетворяют следующим соотношениям:

d D, 10

h1. Ьг: йз: hp = 5: 10: 3 . 3. где 0 — диаметр рабочей поверхности отра15 жающей пластины.

2. Зеркало по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что радиусы основных центрального,. среднего и внешнего кольцевых управляющих электродов выполнены в соотношении

20 г1; гг: гз =- 5: 9: 10.

3, Зеркало по пп. 1 и 2,отR ича ю щее с я тем, что основной средний кольцевой управляющий электрод выполнен секционированным в виде восьми равномерно рас25 положенных секторов.

4, Зеркало по пп 1 — 3, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что каналы охлаждения на поверхности подложки ориентированы под углом

45 к линии, соединяющей каналы подвода

30 и отвода хладоагента.

1808159 Риа 5

Составитель В.Иванов

Техред М.Моргентал

Корректор Г,Кос

Редактор Л.Волкова

Заказ 1402 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101