×
13.02.2018
218.016.28d0

МЕМБРАННОЕ ЗЕРКАЛО

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть

Правообладатели

№ охранного документа
0001841109
Дата охранного документа
20.03.2016
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к средствам адаптивной оптики и может быть использовано для коррекции волнового фронта пучка излучения в условиях атмосферной турбулентности и других фазоискажающих воздействий. Сущность: мембранное зеркало содержит вакуумированный корпус, оправу, прозрачный (2) и непрозрачный (5) электроды. Между прозрачным (2) и непрозрачным (5) электродами расположена металлическая заземленная мембрана (3) с отражающим покрытием, закрепленная по контуру оправы. При этом непрозрачный электрод (5) выполнен в виде диэлектрической мишени. За диэлектрической мишенью (5) установлена электронная пушка (6) с фокусирующе-отклоняющей системой (7). Технический результат: повышение точности фазовой коррекции оптического излучения за счет минимизации ошибки отработки формы поверхности зеркала, а также снижение массы и упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к средствам адаптивной оптики, и предназначено для коррекции волнового фронта пучка излучения в условиях атмосферной турбулентности и других фазоискажающих воздействий - с целью приведения его к некоторой оптимальной форме, обеспечивающей максимум интенсивности на облучаемой цели.

Известен матричный мембранный модулятор света, зеркальная поверхность которого содержит множество микроскопических, отдельно управляемых элементов, и каждый из них может менять свою кривизну таким образом, что осуществляется пространственная фазовая модуляция излучения, отраженного его зеркальной поверхностью [IEEE Trans. Aerospase and Electron. Syst., v.6, № 4, p. 458÷467, 1970 г.]

Мембранный модулятор излучения представляет собой оптически плоскую подложку с напыленными на нее полосками электродов, которая покрывается тонким перфорированным слоем электроизоляционного материала. Сверху перфорированного слоя натянута тонкая полимерная металлизированная мембрана. При подаче сигналов управления на электроды элементы мембраны, которые находятся над перфорациями, электростатически отклоняются. В результате, отраженный от мембраны свет модулируется по фазе.

Использование в устройстве жесткой подложки не позволяет эффективно использовать это устройство для коррекции фазовых искажений, распределение которых по поверхности фазового корректора всегда имеет непрерывный, плавный характер, а управление его компенсацией в этом устройстве может осуществляться дискретными участками отражающей мембраны, что в конечном итоге приводит к появлению нескомпенсированных фазовых искажений в промежутках между перфорациями. Наличие многочисленных микроскопических перфораций в электроизоляционной подложке и необходимость реализации весьма малых зазоров с большой точностью требует использования специфических технологических методов и предъявляет весьма жесткие требования по разнотолщинности к используемым материалам, к точности обработки их поверхностей.

Кроме того, изгиб пленки над перфорациями возможен в этом устройстве лишь в сторону электрода, что снижает динамические возможности устройства, причем форма изогнутой поверхности над перфорацией однозначна - параболическая.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является адаптивное мембранное зеркало, управляемое электростатически, выбранное за прототип, разработанное фирмой "PerKin-Elmer" [см. сб. "Адаптивная оптика", под ред. Витриченко Э.А., стр.428-447, М., "Мир", 1980 г.] Оно представляет собой металлическую заземленную мембрану с отражающим слоем, помещенную между прозрачным электродом, к которому приложено напряжение U0, и группой электродов, представляющих собой набор токопроводящих прокладок и к которым прикладывается напряжение U0±ΔU, где ΔU - напряжение сигнала коррекции. Благодаря значительному числу электродов (≈53) достигается определенная коррекция волнового фронта как следствие изгиба отражающей поверхности металлической мембраны под действием электрического поля, вызванного каждым отдельным электродом. Погрешность отработки формы поверхности зеркала приводами определяется функцией отклика мембраны, представляющей собой закон смещения точек ее поверхности от воздействия единичного привода, и количеством корректирующих приводов [см. R. Hudgin, J. Opt. Soc. Am. 67, 393-395 (1977), и Pearson J. Opt. Soc. Am. 67, 325-333 (1977)], а так как число их конечно, то погрешность отработки формы является присущей всем известным устройствам адаптивной коррекции с дискретными приводами. Кроме того, для сведения этой ошибки к минимуму и повышения точности системы, в состав которой входит мембранное зеркало, количество каналов управления и, следовательно, количество приводов должно быть большим (≈60), что в значительной степени усложняет блок управления устройством, а также датчик волнового фронта, с которого поступает сигнал на коррекцию.

Целью настоящего изобретения является повышение точности фазовой коррекции оптического излучения за счет минимизации ошибки отработки формы поверхности зеркала, а также уменьшение массы и сложности конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в мембранном зеркале с электростатическим управлением и содержащем вакуумированный корпус, металлическую, защемленную по контуру, заземленную мембрану с отражающим покрытием, в оправе, прозрачный и непрозрачный электроды, между которыми расположена мембрана, непрозрачный электрод выполнен в виде диэлектрической мишени, за которой расположены электронная пушка и фокусирующе-отклоняющая система.

Кроме того, в качестве диэлектрической мишени используется сегнетоэлектрик, например BaTiO3.

Сущность изобретения заключается в использовании создаваемого на поверхности диэлектрической мишени непрерывного, мгновенного, управляемого распределения потенциалов электрического поля, создаваемого на его поверхности электронной пушкой и фокусирующе-отклоняющей системой.

Описанная совокупность признаков в известной литературе применительно к адаптивным системам не описана.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 изображена принципиальная схема устройства;

на фиг.2 - конкретная реализация предлагаемого устройства;

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит защитное окно 1 с нанесенным на его поверхность прозрачным электродом 2 (например, покрытие 26Г), которые обладают необходимым пропусканием для рабочей длины волны, металлическую заземленную мембрану с отражающим покрытием 3, выполненную, например, из Ni или Mo пленки с толщиной 0,25÷5 мкм, одна сторона которой отполирована с точностью не хуже λ/20, где λ - длина волны рабочего излучения. Мембрана 3 натянута с некоторым усилием на оправу 4 (см. фиг.2) и зафиксирована на ней, например, при помощи эпоксидной смолы. Устройство содержит также диэлектрическую мишень 5, расположенную за мембраной, на расстоянии 10÷50 мкм и диаметр которой равен диаметру активной деформируемой области отражающей мембраны 3. Диэлектрическая мишень 5 выполнена из материала, обладающего возможностью удержания на своей поверхности электрического заряда, и отполирована с обеих сторон с точностью не хуже λ/20 при ее толщине 0,05÷2,5 мм. В качестве материала мишени 5 может быть использован сегнетоэлектрик BaTiO3. В устройство введена электронная пушка 6 (аналогичная по исполнению электронным пушкам, используемым в электронно-лучевых трубках запоминающего типа), фокусирующе-отклоняющая система 7, которая выполнена, например, в виде электромагнитного фокусирующего элемента 8 (см. фиг.2), ускоряющего электрода 9 (к которому приложено напряжение 3÷15 кB) и секции сканирования электронным лучом 10. Все элементы фокусирующе-отклоняющей системы 7 и электронная пушка 6 выполнены аналогично элементам электронно-лучевых трубок и являются практически заимствованными. Подробное описание элементов фокусирующе-отклоняющих систем дано в книгах: Богданов Г.М. "Прикладные телевизионные установки" М., "Связь", 1979 г., Криксунов Л.З. "Справочник по основам инфракрасной техники" М., "Советское радио", 1978 г.

Мембрана 3 с оправой 4 закреплена в вакуумированном корпусе 11, который замыкает объем мембрана 3 - электронная пушка 6. Кроме того, в корпусе 11 выполнены клапаны 12 и 13.

Устройство работает следующим образом:

сигнал коррекции поступает на устройство (см. фиг.1) с датчика волнового фронта (на чертеже не показан) на катод электронной пушки 6 и фокусирующе-отклоняющую систему 7, устроенную аналогично фокусирующе-отклоняющей системе электронно-лучевой трубки, которые формируют на поверхности диэлектрической мишени 5, путем последовательной развертки, непрерывное распределение зарядов (потенциальный рельеф), вызванное непрерывно меняющимся от точки к точке электрическим полем, что приводит к соответственному изгибу металлической мембраны 3 под действием электростатических сил. В результате изгиба поверхности мембраны 3, в соответствии с управляющим воздействием, пучок излучения, отраженный от ее поверхности, приобретает вполне определенную пространственную фазовую модуляцию, и после прохождения им возмущающего слоя турбулентной атмосферы волновой фронт приобретает необходимую оптимальную форму в плоскости облучения цели.

Если к прозрачному электроду 2, расположенному на защитном окне 1, приложено U0, а потенциальный рельеф, сформированный на поверхности диэлектрической мишени 5, имеет значение U0±ΔU(r,φ), где ΔU(r,φ) - распределение потенциала вызванное сигналом коррекции в полярных координатах (r,φ) плоскости мишени 5, то металлическая мембрана 3 изогнется в точном соответствии со сформированным потенциальным рельефом.

Изгиб мембраны 3 в поперечном направлении описывается уравнением:

z - вертикальное смещение соответствующих точек мембраны;

t - время;

T - сила натяжения мембраны на единицу длины;

σ - плотность мембраны, приведенная к толщине;

- оператор Лапласа;

F(r,t) - внешнее воздействие на мембрану на расстоянии от ее центра.

В точках, где потенциал равен U0+ΔU(r,φ), мембрана 3 изогнется в сторону мишени 5, а в точках, где потенциал равен U0-ΔU(r,φ), - в сторону защитного окна 1. Внутренний объем устройства внутри корпуса 11 герметизирован и для обеспечения работоспособности электронной пушки 6 из него откачан воздух. Устанавливая перепад давлений между полостями А и Б (см. фиг.2), разделенными мембраной 3, осуществляем ее демпфирование. Возможность использования в устройстве управляемого демпфирования воздуха расширяет его динамические возможности, позволяет управлять его частотной характеристикой.

Управление величиной перепада давлений между полостями А и Б (см. фиг.2) осуществляется при помощи клапанов 12 и 13.

Адаптивное мембранное зеркало в системе коррекции волнового фронта представляет собой один из трех необходимых для работы этой системы элементов, кроме него в которую входят: датчик волнового фронта и блок обработки информации. Использование предлагаемого устройства возможно в сопряжении с обычным многоканальным датчиком волнового фронта [см. J.W. Hardy ТИИЭР, 66, 31 (1978)], но наибольший интерес представляет использование для такой системы в качестве датчика волнового фронта высокочувствительного телевизионного приемника (на чертеже не показан), для которого фазовые искажения в пучке излучения преобразованы в соответствующее распределение интенсивностей (например, при помощи фазово-контрастного метода Цернике) и который выдает развертку зарегистрированных им фазовых искажений в виде совокупного видеосигнала коррекции непосредственно на предлагаемое устройство.

Отсутствие многоканальной обработки информации позволяет минимизировать ошибку отработки формы поверхности зеркала, что позволяет увеличить точность адаптивной системы, в состав которой входит предлагаемое устройство, по сравнению со всеми существующими адаптивными оптическими системами, в которых используется фазовая компенсация зеркалами с дискретными приводами. Кроме того, отсутствие многоканальной обработки информации существенно упрощает блок обработки информации, что снижает стоимость адаптивной оптической системы, в которой используется предлагаемое устройство. Отсутствие необходимости использовать многоэлементные управляющие электродные платы, используемые в системах с дискретными приводами для управления поверхностью, снижает вес и повышает технологичность устройства.

Устройство может быть использовано в оптических локационных системах, осуществляя коррекцию искажений волнового фронта пучка излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере, в прецизионных интерферометрах и высокоточных лазерных гироскопах, в системах оптической связи.

Кроме того, поскольку для предлагаемого устройства смещение точек мембраны удовлетворяет уравнению Лапласа (1), само зеркало может служить аналоговым устройством оптической ЭВМ.


МЕМБРАННОЕ ЗЕРКАЛО
МЕМБРАННОЕ ЗЕРКАЛО
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-9 из 9.
27.08.2016
№216.015.4fc0

Деформируемое зеркало

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к средствам адаптивной оптики, и может быть использовано в передающих оптических системах мощного лазерного пучка, в резонаторах мощных лазеров и в других оптических устройствах для коррекции фазовых искажений. Сущность:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841178
Дата охранного документа: 27.08.2016
19.01.2017
№217.015.9305

Деформируемое зеркало

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к средствам адаптивной оптики, и предназначено для коррекции волнового фронта оптического излучения в условиях атмосферной турбулентности и других фазоискажающих воздействий. Сущность: зеркало содержит герметичный корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841163
Дата охранного документа: 20.07.2016
19.01.2017
№217.015.930b

Деформируемое зеркало

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к средствам адаптивной оптики, и может быть использовано для коррекции статических и динамических искажений в световых пучках широкого класса оптических приборов и систем. Сущность: зеркало содержит отражающую пластину (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841167
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.02.2018
№218.016.2894

Деформируемое зеркало

Изобретение относится к средствам адаптивной оптики и может быть использовано в оптических передающих системах для коррекции фазовых искажений волнового фронта лазерного пучка. Сущность: деформируемое зеркало содержит отражающую мембрану (1) в оправе (3), защемленную по контуру гайками (2)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841112
Дата охранного документа: 20.03.2016
13.02.2018
№218.016.28a3

Регулируемый ослабитель монохроматического излучения

Изобретение относится к ослабителям излучения и может быть использовано в фотометрических устройствах и системах управления излучением импульсных и непрерывных лазеров. Регулируемый монохроматический ослабитель излучения содержит блок из двух прямоугольных призм, обращенных гипотенузными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841082
Дата охранного документа: 27.05.2015
13.02.2018
№218.016.28c4

Деформируемое зеркало

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к деформируемым зеркалам. Деформируемое зеркало содержит упругую пластину с отражающей передней поверхностью и переменным по толщине профилем тыльной поверхности, закрепленную по периферии на несущем корпусе, а также связанные с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841096
Дата охранного документа: 10.06.2015
13.02.2018
№218.016.28e5

Деформируемое зеркало

Изобретение относится к адаптивной оптике. Деформируемое зеркало содержит отражающую упругую пластину, профиль которой с тыльной стороны выполнен переменной толщины, а также средства деформирования, выполненные в виде столбика пьезокерамики. Упругая пластина выполнена квадратной со сторонами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841097
Дата охранного документа: 10.06.2015
13.02.2018
№218.016.28f2

Устройство для контроля и юстировки положения осей оптических каналов лазерной приемо-передающей системы

Изобретение относится к устройствам контроля и юстировки многоканальных оптико-электронных приборов. Устройство содержит последовательно установленные источник излучения, конденсор, пристрелочную поверхность с сублимирующим под действием светового лазерного излучения покрытием, светофильтр,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841086
Дата охранного документа: 27.05.2015
13.02.2018
№218.016.28fe

Регулируемый оптический фильтр

Устройство содержит привод, пластину с переменным коэффициентом отражения и триппель-призму, установленную по ходу оптического пучка после пластины. Пластина выполнена в виде неподвижно установленного диска с размещенным на нем кольцевым фотометрическим клином. Также устройство снабжено первым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0001841090
Дата охранного документа: 27.05.2015
+ добавить свой РИД