Адаптивное биморфное зеркало Советский патент 1993 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике, а 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 секционированных управляющих электродов на поверхности пьезокерамической пластины; на фиг. 3 - ориентация каналов для протока хладагента, образованных на охлаждаемой подложке, относительно каналов подвода и отвода хладагента.

Зеркало состоит из подложки 1 с каналами подвода 2 и отвода 3 хладагента и структурой охлаждения вафельного типа, образованной каналами 4 на поверхности подложки, отражающей пластины 5. допол нительной пьезокерамической пластины б с двумя управляющими электродами 7 и 8. основной монолитной пьезокерамической пластины 9 с секционированными управлясо

0 00

СП

Ю

СО

ющими электродами 10, подключенными к электронной системе управления.

Адаптивное биморфное зеркало работает следующим образом.

Оптическое излучение, падающее на зеркало, предварительно анализируется в электронной системе управления, в которой вырабатываются управляющие сигналы в виде электрических напряжений, поступающие на секционированные управляющие электроды 10 монолитной пьезокерамиче- ской пластины 9. Сплошной электрод пластины 9, общий с управляющим электродом 8 дополнительной пьезокерамической пластины б, заземляется. За счет обратного пьезоэлектрического эффекта монолитная пластина 9 деформируется, а поскольку она является составной частью биморфной структуры подложка 1 - пьезокерамиче- ская 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 пластины 5. Поскольку пьезоэлектрической керамике, из которой изготовлена монолитная пластина 9, присущие явление гистерезиса, происходит запаздывание деформаций отражающей поверхности пластины 5 зеркала относительно изменения напряжения на сегментированных управляющих электродах 10, Для компенсации вли- яния гистерезиса пьезокерамики на деформации отражающей поверхности на управляющий электрод 7 дополнительной пьезокерамической пластины б подается компенсирующее напряжение от электронной системы регулирования.

Величина деформаций отражающей 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 толщин в структуре из указанных элементов. При прочих равных условиях соотношение толщин отражающей пластины 5 hi, подложки 1 ha, дополнительной б и основной 9 пьезокерамических пластин пз и П4, соответствующее максимальному диапазону управ- ляемых деформаций отражающей поверхности 5 зеркала, составляет hi : h2 : пз : N 5 : 10 : 3 : 3. При этом диаметры d управляющих электродов 7, 8 должны быть не меньше диаметра рабочей поверхности отражающей пластины.

Эффективность работы адаптивного би- морфного 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 из фиг. 2, среднее кольцо управляющих электродов разбито на восемь самостоятельных сегментов 11. В этом

случае оптимальному пространственному

спектру адаптивного зеркала соответствует отношение радиусов кольцевых зон управляющих электродов п : п : 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 зон в системе охлаждения и ведет к увеличению турбулиза- ции потока хладагента, что, в свою очередь, ведет к повышению теплосьема, 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 комплексах, при любых режимах управления волновым фронтом излучения.

Формула изобретения 1. Адаптивное биморфное зеркало, со- держащее последовательно расположенные отражающую пластину, размещенную на поверхности подложки с каналами охлаждения, выполненными в виде канавок на поверхности подложки, сообщающихся че- рез коллекторы с каналами подвода и отвода хладоагента, и основную пьезоке- рамическую пластину, снабженную по крайней мере, тремя основными управляющими кольцевыми электродами, подключенными к электронной системе управления, отличающееся 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 пьезокера- мическая 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 отражающей пластины h, охлаждаемой подвижки hr дополнительной и основной пьезоэлектрических пластин ha и Ы соответственно удовлетворяют следующим соотношениям:

,

hi : п2:пз: h4 5: 10:3:3,

где D - диаметр рабочей поверхности отражающей пластины.

2. Зеркало по п. 1,отличающееся тем, что радиусы основных центрального, среднего и внешнего кольцевых управляющих электродов выполнены в соотношении П : Г2 : гз 5 : 9 : 10.

3. Зеркало по пп. 1 и2,отличающе- е с я тем, что основной средний кольцевой управляющий электрод выполнен секционированным в виде восьми равномерно расположенных секторов.

4. Зеркало по пп 1 - 3, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что каналы охлаждения на поверхности подложки ориентированы под углом 45° к линии, соединяющей каналы подвода и отвода хладоагента.

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 репер- ной 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

6 В 7 6 9

Уле тг/удя// ; ct/c/ re/ a реё {//г&//р0&#&

(ре/el