Том 33, номер 03, статья № 12

Аннотация:

На основе численного моделирования в программном комплексе ANSYS разработана конструкция мономорфного (униморфного) деформируемого зеркала. Выбрана структура управляющих электродов, обеспечивающая на световой апертуре отработку аберраций до 5-го порядка включительно (первые 21 полином Цернике) с высокой точностью воспроизведения. Приведены расчеты основных характеристик мономорфного зеркала: функции влияния электродов, погрешность отработки заданных аберраций, прогиб зеркала под действием собственного веса, термодеформации поверхности зеркала вследствие изменения температуры окружающей среды, термодеформации и температурное поле от падающего лазерного излучения, собственные частоты колебаний зеркала. Результаты свидетельствуют о возможности использования зеркала для эффективной работы в составе адаптивной оптической системы.

Ключевые слова:

мономорфное деформируемое зеркало, численное моделирование, программный комплекс ANSYS, аберрации, функции влияния, термодеформации, собственные частоты

Список литературы:

1. Ellis E.M. Low-cost Bimorph Adaptive Mirrors: Ph.D. dissertation. Imperial College of Science, Technology and Medicine – University of London, 1999. 170 p.
2. Roddier F. Adaptive Optics in Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 1999. 441 р.
3. Токовинин А.А. Лекции по адаптивной оптике. URL: http://www.ctio.noao.edu/~atokovin/tutorial/ (дата обращения: 22.12.2019).
4. Cousty R., Antonini T., Aubry M., Krol H., Moreau A. Monomorph deformable mirrors: From ground-based facilities to space telescopes // Proc. SPIE. 2016. V. 10562. P. 1056231-9.
5. Verpoort S., Rausch P., Wittrock U. Novel unimorph deformable mirror for space applications // Proc. SPIE.  2017. V. 10564. P. 1056414.
6. Alaluf D., Bastaits R., Wang K., Horodinca M., Martic G., Mokrani B., Preumont A. Unimorph mirror for adaptive optics in space telescopes // Appl. Opt. 2018. V. 57, N 14. P. 3629–3638.
7. Jones S.M., Olivier S., Chen D., Joeres S., Sadda S., Zawadzki R.J., Werner J.S., Miller D.T. Adaptive optics ophthalmologic systems using dual deformable mirrors // Proc. SPIE. 2007. V. 6467. P. 6470Н-1–14.
8. Long C.S., Loveday P.W., Forbes A. A piezoelectric deformable mirror for intra-cavity laser adaptive optics // Proc. SPIE. 2008. V. 6930. P. 69300Y-1–12.
9. Verpoort S., Rausch P., Wittrock U. Characterization of a miniaturized unimorph deformable mirror for high power cw-solid state laser // Proc. SPIE. 2012. V. 8253. P. 825309-1–12.
10. Aleksandrov A.G., Zavalova V.E., Kudryashov A.V., Rukosuev A.L., Samarkin V.V. Adaptive correction of a high-power titanium-sapphire laser radiation // J. Appl. Spectrosc. 2005. V. 72, N 5. P. 744–750.
11. Копылов Е.А., Лукин В.П. Статические характеристики биморфного зеркала DM2-100-31 и возможность его применения в адаптивной оптической системе Большого солнечного вакуумного телескопа // Оптика атмосф. и океана. 2010. T. 23, № 12. С. 1111–1113.
12. Ma J., Liu Y., Hu Y., Xu C., Li B., Chu J. Low-cost unimorph deformable mirror with high actuator count for astronomical adaptive optics // Opt. Eng. 2013. V. 52, N 1. P. 016602.
13. Rausch P., Verpoort S., Wittrock U. Unimorph deformable mirror for space telescopes: Environmental testing // Opt. Express. 2016. V. 24, N 2. P. 1528–1542.
14. Alaluf D. Piezoelectric mirrors for adaptive optics in space telescopes: Ph.D. thesis. Université Libre de Bruxelles, Active Structures Laboratory, 2016. 151 p.
15. Соболев А.С., Черезова Т.Ю., Кудряшов А.В. Аналитическая и численная модели гибкого биморфного зеркала // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 3. С. 277–281.
16. Ning Y., Jiang W., Ling N., Rao C. Response function calculation and sensitivity comparison analysis of various bimorph deformable mirrors // Opt. Express. 2007. V. 15, N 19. P. 12030–12038.
17. Verpoort S., Wittrock U. Actuator patterns for unimorph and bimorph deformable mirrors // Appl. Opt. 2010. V. 49, N 31. P. G37–G46.
18. Piefort V. Finite element modelling of piezoelectric active structures: Ph.D. dissertation. Université Libre de Bruxelles, 2001. 154 p.
19. URL: https://www.academia.edu/16970000/MESH_ QUALITY _ AND _ ADVENCED _ TOPICS _ ANSYS _ WORKBENCH_16.0 (last access: 22.12.2019).
20. Kudryashov A., Shmalhauzen V. Semipassive bimorph flexible mirrors for atmospheric adaptive optics applications // Opt. Eng. 1996. V. 35, N 11. P. 3064–3073.
21. Никифоров В.Г. Многослойные пьезоэлектрические актюаторы. Теория и практика // Элпа. 68 с.
22. Piezoelectric Ceramics: Principles and Applications. 2nd. ed. APC International, 2011. 114 p.
23. Харитонов В.В. Теплофизика лазерных зеркал. М.: МИФИ, 1993. 152 с.
24. Ivan I.A., Rakotondrabe M., Agnus J., Bourquin R., Chaillet N., Lutz P., Poncot J.C., Duffait R., Bauer D. Comparative material study between PZT ceramic and newer crystalline PMN-PT and PZN-PT materials for composite bimorph actuators // Rev. Adv. Mater. Sci. 2010. N 24. P. 1–9.