Адаптивное зеркало Советский патент 1993 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в астрономии, лазерной локации и квантовой электронике в резонаторах лазеров.

Целью изобретения является повышение точности установки заданного профиля зеркала с одновременным исключением его температурных деформаций.

На фиг. 1 представлена фронтальная плоскость адаптивного зеркала; на фиг. 2 - осевое сечение адаптивного зеркала; на фиг. 3 - закрепление толкателя к приводу; на фиг. 4, 5, 6 - сечения, поясняющие конструкцию привода.

Адаптивное зеркало содержит упругую деформируемую отражающую пластину 1, к которой с тыльной стороны прикреплен герметичный корпус 2 с полостью охлаждения, жесткое основание 3 (фиг. 1, 2); толкатели 4, установленные в-основании 3 с возможность их осевого перемещения; каждый толкатель с одного конца закреплен, например, с помощью пайки с тыльной стороны зеркала, а с другого конца - с магнитострикционным приводом 5, ось которого установлена перпендикулярно оси толкателя (фиг. 2 и 3). Ось толкателя 4 закреплена на приводе 5 на некотором расстоянии h от оси привода и зафиксирована штифтом 6.

Каждый магнитострикционный привод содержит: сердечник 7, выполненный трубчатым с фланцами на концах (фиг. 4). Во фланцах сердечника 7 выполнены концентрические прорези (фиг. 5), в которые уложена тороидальная обмотка подмагничивания

00

о ел

СП

ю ю

8. Поверх тороидальной обмотки 8 уложена цилиндрическая обмотка управления 9. Для замыкания магнитного потока в приводе предусмотрен магнитный экран 10. В одном фланце сердечника 7 выполнена цапфа, на которую устанавливается толкатель 4. В другом фланце выполнены резьбовые отверстия, которыми посредством винтов 11 привод крепится к основанию 3,

Принцип работы магнитострикционно- го привода основан на эффекте Видемана, являющегося разновидностью эффекта Джоуля. Эффект заключается в появлении в сердечнике крутильной или угловой магни- тострикции. Угловая магнитострикция возникает за счет того, что в сердечнике 7 наводится нетолько продольное,но и циркулярное, круговое магнитное поле. Суперпозиция двух магнитных полей в сердечнике образует винтовое магнитное поле, и вызывающее эффект Видемана. Круговое магнитное поле образуется при включении тороидальной обмотки 8 к источнику постоянного тока, а продольное магнитное поле образуется при подключении цилиндрической обмотки управления 9 к источнику управляющего постоянного тока.

Адаптивное зеркало работает следующим образом.

В катушку подмагничивания 8 одного из приводов 5 подается постоянный ток, величина которого постоянна для каждого привода. В катушку 9 подается постоянный ток определенной величины и полярности. При этом конец сердечника 7 привода поворачивается на угол у в ту или иную сторону относительно другого, закрепленного к основанию 3 его конца. Величина и направле- ние угла у определяется величиной и направлением управляющего тока в обмотке 9 и достигает максимального значения при магнитострикционном насыщении материала сердечника 7 вдоль его оси.

Величина угла у зависит от длины I сердечника 7, его диаметра d и является сложной функцией продольного Hz и кругового Н магнитных полей

f(Hz,Hp),(4) где С - постоянная.

Экспериментальные данные показывают, что угол у будет

у ±|AS(5)

При этом перемещение закрепленного к приводу толкателя 4 будет

Ah + yh,(6)

где h - расстояние от оси сердечника 7 до оси цапфы, с которой связан толкатель (фиг. 3 и 4).

Поскольку толкатель связан с зеркалом,

то его перемещение на величину АН вызывает в зеркале локальную деформацию определенной величины и знака. При этом перемещение Ah толкателя (фиг, 3) за счет небольших боковых зазоров между толкателем 4 и основанием 3 не передается на зеркало. Очевидно также, температурное удлинение привода не передается на зеркало также.

В зависимости от величины управляющего сигнала в катушках 9 каждого привода фронтальная поверхность зеркала принимает определенную форму, плавно изменяющуюся от привода к приводу.

Как правило, центральная часть адаптивного зеркала подвергается наиболее значительным коррекциям или перемещениям приводов. На фиг. 1 и 2 показана одна из схем размещения приводов, при которой центральные приводы выполнены более

длинными, чем периферийные, что и обеспечивает увеличенный диапазон перемещений приводов с толкателями. Для развязки центральных и периферийных приводов при выбранной схеме их размещения, они располагаются на разных уровнях (фиг. 2).

Предложенное адаптивное зеркало имеет следующие преимущества в сравнении с прототипом:

1. Температурные деформации еердёчника 7 привода 5 не влияют на величину угла у , определяющую степень точности и уровень коррекции рельефа зеркала, поскольку изменение температуры предметы не закручивают. В то же время влияние перемещения толкателя Дп может быть компенсировано или боковым зазором между толкателем и основанием или введением на толкателе 4 у его соединения с зеркалом соответствующих выточек.

При выполнении толкателей 4 и основания 3 из одного и того же материала их температурные деформации на рельеф зеркала вообще не скажутся, что для разнородных материалов обеспечить затруднительно.

2. Предложенное зеркало имеет значительно меньшие осевые габариты, что расширяет возможности его использования.

3. Предложенное зеркало имеет значительно больший диапазон изменения фронтальной поверхности. Если принять, что

m h/J ,

(7)

где m - кинематическое передаточное отношение, и положить длину I приводов прототипа и предложенного зеркала одинаковой, то для прототипа из (1) перемещение фронтальной поверхности A si. А для предложенного зеркала и (5) и (6) имеем Ah + 1,5 As I m .

ЛAli ±1,5is-l-m , . ,0, Отношение-др --у-, 1,5т (8)

и при h d имеем т 2 и Ali/ А 2 ± 3

Т. е. диапазон перемещений увеличится в три раза.

4, Магнитострикционный эффект Виде- мана, на котором основан принцип работы приводов предложенного зеркала относится к четным эффектам, т, е. к эффектам, при которых при изменении знака управляющего сигнала, в нашем случае управляющего тока в катушке привода, меняется и направление магнитострикционной деформации, в то время как для эффекта Джоуля имеет место нечетный эффект, при котором знак деформации не зависит от знака управляющего сигнала.

Поэтому изменение фронтальной поверхности в предложенном зеркале происходит одновременно в обе стороны от

начального положения. Это обстоятельство обеспечивает лучшее фазовое сопряжение профиля зеркала с профилем падающей на него волны, что и обеспечивает высокую

разрешающую способность зеркала. Формула изобретения Адаптивное зеркало, содержащее упругую деформируемую отражающую пластину, связанную по периметру с жестким

основанием, и систему дискретных магнито- стрикционных приводов, каждый из которых выполнен в виде сердечника с цилиндрической обмоткой управления, о т- личающееся тем, что в него введены

толкатели, установленные с возможностью их осевого перемещения относительно основания, каждый из которых одним концом закреплен на тыльной стороне упругой деформируемой отражающей пластины, а другим связан с магнитострикционным приводом, установленным перпендикулярно и толкателю и закрепленным вторым концом к основанию, при этом сердечник

каждого привода выполнен трубчатым и снабжен дополнительной тороидальной обмоткой подмагничивания.

Г-Г

-А

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в астрономии, лазерной локации и в резонаторах лазеров. Сущность изобретения: достигаемый технический результат заключается в повышении точности установки заданного профиля зеркала с одновременным исключением его температурных деформаций. Адаптивное зеркало содержит упругую деформируемую отражающую пластину, связанную по периметру с жестким основанием, систему дискретных магнитострикционных приводов, каждый из которых выполнен в виде сердечника с цилиндрической обмоткой управления, толкатели, установленные с возможностью их осевого перемещения относительно основания, каждый из которых одним концом закреплен на тыльной стороне упругой деформируемой отражающей пластины, а другим связан с магнитострикционным приводом, установленным перпендикулярно толкателю и закрепленным вторым концом к основанию, при этом сердечник каждого привода выполнен трубчатым и снабжен дополнительной тороидальной обмоткой подмагничивания. 6 ил. ел с