Адаптивное зеркало Советский патент 1993 года по МПК G02B5/10 H01S3/08 

Изобретение относится к квантовой электротехнике, лазерной локации и астрономии и может быть использовано для повышения резкости изображения наблюдаемых объектов, в оптических системах, формирующих лазерное излучение, и т.п.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности зеркала путем плавной компенсации фазовых искажений отраженной от зеркала волны.

На фиг.1 представлено сечение секции зеркала с приводом в виде мзгнитострикци- онного кольца и элементами его крепления к тыльной стороне секции и к основанию; на фиг.2 - сечение по приводному магнито- стрикционному кольцу и размещение на нем тороидальной обмотки управления; на фиг.З - .расположение семи секций зеркала на одном основании; на фиг.4 - сечение по

сегменту из семи секций и его основание с приводом; на фиг,5 - расположение семи сегментов зеркала на общем для них основании; на фиг.G-сечение по семи сегментам и их общему основанию с его приводом; на фиг.7 - общий вид зеркала из сорока девяти сегментов; на фиг,8 - сечение зеркала по нескольким сегментам и общему основанию с приводом.

Адаптивное зеркало содержит: секции 1 зеркала, привод, выполненный в виде коль- ца 2 из магнитострикционного материала с выступами на внешнем и внутреннем диаметрах, основание 3 (фйг.1 и 2). Между выступами кольца 2 намотана тороидальная катушка управления 4. Выступы на внешнем диаметре кольца 2 жестко соединены, например, пайкой, по вписанной окружности шестигранной апертуры секции 1 к ее тыльной стороне, выступы кольца 2 на внутрен00О

|2

СО 4

нем диаметре посредством колец 5,6 и 7 закреплены на основании 3. На основании 3 размещено как минимум семь секций 1 (фиг.З), при этом основание 3 выполнено по образцу секции в виде шестигранника и снабжено приводом 8 с тороидальной катушкой управления. Основание 3 с семью секциями, представляющее собой сегмент зеркала, установлено на основание 9 (фиг.4 и 5), которое, в свою очередь, выполнено также по образцу секции и снабжено приводом 10 (фиг.5 и 6). На основании 9 размещено как минимум семь сегментов, из них каждый на основании 3. Основание 9 посредством привода 10 закреплено на осно- вании 11 (фиг.6 и. 7), которое также выполнено по образцу секции в виде шестигранника и снабжено приводом 12 (фиг.8), при этом на основании 11 размещено как минимум семь оснований 9, представляю- щих каждое укрупненный сегмент зеркала.

Таким образом, зеркало на фиг.7 представляет собой близкую к круговой апертуре из 73 343 зеркальных секций 1 и имеет четыре степени - четыре этажа - управле- ния своей апертуры приводами 2.8,10 и 12 соответственно. Поверхности всех секций 1 зеркала обработаны и отполированы совместно и имеют единый радиус кривизны.

Предложенное адаптивное зеркало ра- ботает следующим образом. При запитке тороидальной катушки управления 4 постоянным током в магнитострикционном приводном кольце 2 наводится круговое магнитное поле, направление которого по- казано стрелками на фиг.2. Наведенное в кольце 2 магнитное поле вызывает эффект Джоуля, т.е. ведет к изменению геометрических размеров кольца. Если кольцо 2 выполнено из материала с положительным знаком коэффициента магнитострикции, например феррита кобальта, то при намагничивании его средний диаметр DCp увеличивается. Одновременно на ту же величину произойдет увеличение наружного диаметра кольца. Поскольку отражающая секция 1 прикреплена жестко к выступам наружного диаметра кольца 2, то деформация кольца передается секции 1. Если секция выполнена выпуклой, то при увеличении ее апертуры кривизна секции будет уменьшаться, а если вогнутой - уменьшаться.

Величина деформации магнитострик- ционного кольца 2, а следовательно, и секции 1 будет зависет от величины управляющего тока, протекающего в тороидальной обмотке 4, и будет максимальна при магнитострикционном насыщении материала кольца, соответствующем из закона полного тока вполне определенной величине тока. Поскольку жесткость кольца 2 выбирается много больше жесткости секции 1, то частота перестройки формы зеркала будет определяться собственной частотой колебаний магнитострикционного кольца и временем перёмагничивания материала кольца.

Каждая секция 1 представляет собой элемент сферы, поэтому стрела сегмента h и хорда а - апертура секции - связаны с радиусом сферы известным соотношением

h r-Vt2 a2/4(1)

и при изменении размера а остальные параметры также будут изменяться. Аналогичным образом, при включении приводов 8,10 и 12 будут изменяться стрела, апертура и радиус кривизны у соответствующих оснований 3, 9 и 11. И если шестигранное основание 11 имеет диаметр вписанной окружности А, то управляемая апертура всего секционированного зеркала будет близка к этой величине.

Для примера, положив а г 1000 мм при среднем диаметре Dcp магнитострикци- оннрго кольца привода 12 равном 950 мм, его магнитострикцйонное увеличение составит Л а 0,475 мм. Для феррита кобальта РегСоОз As 5- 10 отсюда ДОСр А а Оф AS 0,475 мм. При неизменном радиусе г приращение стрелы прогиба Ah составит .для основания 11 величину 0,1371641 мм, соответственно для основания 9 Д h 0,0133849 мм, для основания 3 Д h 0,0014687 мм и для секции 1 Д h 0,002695 мм. ниже приведены данные соответствующих максимальных приращений стрелы прогиба ЛЬ в долях длин волн для наиболее часто встречающихся длин волн лазеров: Длинаволны Основание 11 Онование 9

10,612,94 А 1,263 А

2,750,8А 4.957А

0,53258,8 А 25 А

Основание 3 Секция 0,138 А0,025 А 0,544 А 0,1А 2,77 А 0.5А

Таким образом, предложенное зеркало имеет четыре степени управления фазовым рельефом с Максимальным изменением фазы в длинах волн по апертуре зеркала, указанным выше.

Предложенное адаптивное секционированное зеркало обладает рядом преимуществ в сравнении с известными секционированными зеркалами:

поскольку размер секции может быть принят достаточно малым, то в пределах апертуры одной секции локализуется фазовая подстройка рельефа отраженной повер-.

хностной волны, так называемый первый этаж фазовой коррекции: в пределах одного сегмента зеркала зона фазовой коррекции увеличивается и т.д.; таким образом, за счет плавной локализованной подстройки фазы резко повышается разрешающая способность;

- поскольку приводные кольца каждой секции и оснований могут быть выполнены достаточно тонкими, то толщина всего зеркала получается небольшой, что существенно для более широкого использования зеркала;

- наличие нескольких плавных степеней управления адаптивным секционированным зеркалом приближает характеристики к характеристикам деформируемых зеркал.

Формула изобретения.

Адаптивное зеркало, содержащее основание и секции с приводами, один конец

0

5

последних соединен с тыльной стороной соответствующей секции, а другой - с основанием, отличаю щ е е с я тем, что в него введены дополнительные секции, основания и приводы, причем каждая секция выполнена в виде шестигранника из упругого материала с приводом в виде кольца из маг- нитострикционного материала с тороидальной катушкой управления, которое наружным диаметром закреплено по описанной окружности шестигранника секции, а внутренним диаметром - с основанием, на каждом из которых закреплены по крайней мере семь секций,образующих сегмент для следующего основания с закрепленными на нем секциями, при этом каждое основание снабжено приводом.

Фиг. 5

Фулс.7

Использование: изобретение относится к квантовой электронике, лазерной локации .и астрономии. Сущность изобретения: достигаемый технический результат заключается в повышении разрешающей способности зеркала путем плавной компенсации фазовых искажений. Адаптивное зеркало содержит основание, секции с приводами, один конец последних соединен с тыльной стороной соответствующей секции, а другой - с основанием, дополнительные секции, основания и приводы, причем каждая секция выполнена в виде шестигранника из упругого материала с приводом в виде кольца из магнитострикционного материала с тороидальной катушкой управления, которое наружным диаметром закреплено во вписанной окружности шестигранника секции, а внутренним диаметром - с основанием, на каждом из которых закреплены по крайней мере 1 семь секций, образующих сегмент для следующего основания с закрепленными на нем секциями, при этом каждое основание снабжено приводом. 8 ил. 00

/ S//S 7 s/7/

Фие.8

П