RU2092948C1 - Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения - Google Patents
Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2092948C1 RU2092948C1 RU9696101830A RU96101830A RU2092948C1 RU 2092948 C1 RU2092948 C1 RU 2092948C1 RU 9696101830 A RU9696101830 A RU 9696101830A RU 96101830 A RU96101830 A RU 96101830A RU 2092948 C1 RU2092948 C1 RU 2092948C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- plates
- reflection coefficient
- translucent
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Telescopes (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к области прикладной оптики и может быть использовано в лазерной технике и оптических системах формирования изображения. Сущность: устройство направлено на решение задачи создания зеркала с управляемым в реальном времени комплексным коэффициентом отражения. Устройство содержит две полупрозрачные пластины, по крайней мере одна из которых соединена с устройством, осуществляющим деформацию поверхности пластины. Принцип действия устройства основан на зависимости коэффициента отражения от расстояния между пластинами и их формы. Данное устройство в отличие от известных позволяет управлять в реальном времени фазой и амплитудой отраженного пучка независимо друг от друга. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области прикладной оптики и может быть использовано в лазерной технике и оптических системах формирования изображения, где требуется управление в реальном времени амплитудно-фазовыми характеристиками формируемого излучения или статическая оптимизация параметров излучения. В лазерных системах зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения может быть использовано как зеркало лазерного резонатора, которое позволяет оптимизировать мощность лазерного излучения, минимизировать расходимость излучения. В оптических системах формирования изображения предлагаемое устройство может быть использовано как амплитудно-фазовый пространственный фильтр, к примеру с целью повышения контраста изображения, формируемого астрономическим телескопом.
Известно зеркало в виде металлической мембраны [1] толщиной 0,5-1,5 мкм, помещенной между прозрачным электродом, выполненным на поверхности покровной стеклянной пластины (на него подается напряжение смещения), и группой дискретных электродов, на которые подаются управляющие сигналы.
Недостатком данного зеркала являются сложность конструкции, требующая использования при изготовлении зеркала уникальных технологических операций, и невозможность использования зеркала в лазерных системах большой мощности, так как толщина наносимых на зеркала многослойных диэлектрических отражающих покрытий превышает толщину мембраны, что ухудшает управляемость зеркала. Кроме того, данное зеркало позволяет управлять только фазой светового пучка.
Известно зеркало с заданным амплитудно-фазовым распределением комплексного коэффициента отражения [2] представляющее собой кварцевую подложку с многослойным диэлектрическим покрытием. Покрытие формируют путем нанесения отдельных интерференционных слоев с толщиной, зависящей от радиальной координаты по заданному закону.
Основными недостатками данного зеркала являются сложность технологии изготовления и невозможность изменения комплексного коэффициента отражения непосредственно в процессе использования в оптической системе.
Известно зеркало в виде интерферометра Фабри-Перо, между пластинами которого размещена круглая диафрагма и одна из пластин установлена на пьезоприводе, позволяющем изменять базу интерферометра [3] С помощью данного зеркала реализуется ступенчатый профиль коэффициента отражения коэффициент отражения вне апертуры диафрагмы равен коэффициенту отражения зеркала интерферометра, а в пределах отверстия диафрагмы коэффициент отражения определяется аппартной функцией интерферометра.
К недостаткам данного зеркала следует отнести существенную ограниченность класса функций, описывающих комплексный коэффициент отражения и доступных для реализации (а именно ступенчатый профиль амплитудной и фазовой характеристик). Кроме того, амплитуда и фаза коэффициента отражения, формируемые рассматриваемым устройством, оказываются связанными между собой, что не позволяет в общем случае реализовать коэффициент отражения с заданным амплитудно-фазовым распределением. Еще один недостаток рассматриваемого зеркала невозможность использования в мощных лазерных системах из-за малой лучевой стойкости диафрагмы (вследствие тепловых краевых эффектов).
Представленное зеркало наиболее близко к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.
Предлагаемое устройство направлено на решение задачи создания зеркала с управляемым в реальном времени пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения, что дает возможность формировать отраженное излучение с управляемым амплитудно-фазовым распределением. Технический результат от применения предлагаемого зеркала как лазерного резонатора состоит в увеличении мощности лазерного излучения и в уменьшении его расходимости. При использовании зеркала в оптических системах формирования изображения достигается увеличение контраста изображения посредством оптимизации амплитудно-частотной характеристики оптической системы.
Эффективность применения рассматриваемого зеркала существенно выше, чем прототипа, что связано с а) расширением класса реализуемых корректором пространственно неоднородных комплексных функций коэффициента отражения; б) возможностью независимого формирования заданных фазового и амплитудного распределений комплексного коэффициента отражения.
Использование в лазерных резонаторах зеркал с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения позволяет существенно повысить селективность резонатора и таким образом уменьшить расходимость лазерного пучка. Заявляемое зеркало является универсальным, так как позволяет оптимизировать параметры зеркал непосредственно в процессе работы лазера, а не подбирать зеркало методом проб и ошибок, поскольку предварительный расчет параметров неуправляемого зеркала является, как правило, приближенным вследствие сложности лазера как системы и отсутствия точной теоретической модели. Аналогичные преимущества рассматриваемого зеркала проявляются и при использовании его в оптических системах формирования изображения. Предлагаемое зеркало позволяет реализовать как поисковый, так и беспоисковый алгоритмы управления не только фазой отраженного пучка, но и его амплитудой.
Преимущества заявляемого устройства в сравнении с прототипом обусловлены следующим существенным признаком наличием в зеркале устройства для деформации пластин.
Технический результат достигается посредством использования устройства, обеспечивающего деформацию по требуемому закону поверхности по крайне мере одной из двух пластин и/или изменение оптической длины промежутка между пластинами.
Среди известных из научной и технической литературы решений не обнаружено зеркал на основе двух полупрозрачных отражающих деформированных заданным образом пластин с переменным (по пространственным координатам в плоскости зеркал) расстоянием между ними, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию новизны. Работоспособность заявляемого устройства исследована с помощью теоретического подхода, основанного на решении обратной оптической задачи формирования заданного комплексного коэффициента отражения системой из двух полупрозрачных пластин. В рамках разработанной теоретической модели обоснована достаточность существенных признаков для достижения технической цели, решаемой заявляемым устройством.
При оценке значимости изобретения для промышленного применения необходимо отметить следующие факторы: а) заявляемое устройство может использоваться не только в разрабатываемых лазерных системах и системах формирования изображения, но и в уже существующих; в последнем случае не требуется модернизация системы в целом положительный эффект достигается путем замены одного из зеркал на заявляемое зеркало; б) производство предлагаемого устройства в сравнении с аналогами не требует применения тонких технологий (нанесение на подложку нескольких пространственно неоднородно распределенных слоев интерференционных покрытий); по оценкам, стоимость промышленного изготовления зеркала с пространственно неоднородным коэффициентом отражения в 2-5 раз ниже, чем изготовление аналогов.
На фиг. 1 изображена схема зеркала; на фиг. 2 -пример конструкции одного из вариантов зеркала; на фиг. 3 амплитуда и фаза коэффициента отражения; на фиг. 4 схема зеркала с комплексным коэффициентом отражения, в виде двумерной периодической решетки; на фиг. 5 амплитуда комплексного коэффициента отражения.
На фиг. 1 схематично показан принцип работы зеркала. Зеркало состоит из двух полупрозрачных отражающих пластин 1 и 2 (фиг. 1). Пусть приходящая волна U падает на зеркало со стороны пластины 1, тогда амплитудно-фазовое распределение поля в отраженной волне Ur будет функцией, зависящей от формы первой по ходу луча пластины, расстояния между пластинами, и определяется выражением:
Ur = UR(r,Φ) (1)
где R(r, Φ) комплексный коэффициент отражения, определяемый выражением:
где U поле, падающее на зеркало;
Ur поле, отраженное от зеркала;
R1,2 амплитудные коэффициенты отражения зеркал;
T1 амплитудный коэффициент пропускания 1-го зеркала,
λ длина волны падающего излучения;
r,Φ координаты на поверхности зеркала;
n показатель преломления среды между пластинами;
d0 длина зазора между опорными плоскостями зеркал интерферометра;
δ1(r,Φ) профиль первого зеркала;
δ2(r,Φ) профиль второго зеркала;
k=2π/λ волновое число.
Ur = UR(r,Φ) (1)
где R(r, Φ) комплексный коэффициент отражения, определяемый выражением:
где U поле, падающее на зеркало;
Ur поле, отраженное от зеркала;
R1,2 амплитудные коэффициенты отражения зеркал;
T1 амплитудный коэффициент пропускания 1-го зеркала,
λ длина волны падающего излучения;
r,Φ координаты на поверхности зеркала;
n показатель преломления среды между пластинами;
d0 длина зазора между опорными плоскостями зеркал интерферометра;
δ1(r,Φ) профиль первого зеркала;
δ2(r,Φ) профиль второго зеркала;
k=2π/λ волновое число.
Функция R(r, v) зависит только от характеристик зеркала и описывает его комплексный коэффициент отражения. Выражения, описывающие профили пластин зеркала как функции требуемой амплитудно-фазовой характеристики, могут быть получены из уравнений (1, 2) в явном виде (см. формулу изобретения) или численным решением оптимизационной задачи. В случае отсутствия у данного уравнения простого физически реализуемого решения оно может быть получено путем замены пластин с постоянными R1,2 и T1,2 на пластины с пространственно неоднородными R1,2 (r, v) и T1,2 (r, v), являющимися функциями (комплексными в общем случае) координат на апертуре зеркала.
На фиг. 2 качестве примера представлен один из вариантов конструкции заявляемого устройства активное зеркало, которое было изготовлено и затем испытано в составе лазера. Зеркало представляло собой кварцевую пластину 1 диаметром 40 мм и толщиной 5 мм с многослойным отражающим диэлектрическим покрытием 2, установленную на основании 3, и кварцевую пластину 4 диаметром 20 мм и толщиной 3 мм с многослойным отражающим 2 диэлектрическим покрытием, установленную на пьезоприводе 5, пьезопривод представляет собой кольцо с внешним диаметром 23 мм и внутренним 13 мм. Для обеспечения термостабилизации конструкции использовалась дистиллированная вода, которая подавалась в кольцевую проточку 6 в корпусе зеркала через штуцера 7. Изменение профиля пластины 1 достигалось посредством приложения кольцевой нагрузки P. При этом форма поверхности первой пластины определяется функцией:
где r радиальная координата,
P нагрузка,
E модуль Юнга,
ν коэффициент Пуассона,
a, b, h см. фиг. 2.
где r радиальная координата,
P нагрузка,
E модуль Юнга,
ν коэффициент Пуассона,
a, b, h см. фиг. 2.
Пластина 2 имеет плоскую поверхность d2(r,Φ)=0, зазор между пластинами был заполнен воздухом. Вид амплитудно-фазовой характеристики коэффициента отражения для данного зеркала показан на фиг. 3.
Зеркало было испытано в качестве модового селектора в лазере с выходной мощностью 400 Вт, на двух кристаллах Nd:YAG сечением 6,3 мм. Лазер работал в непрерывном режиме.
Проведенные эксперименты показали, что при управлении расстоянием между пластинами (1), (4) и формой одной из пластин можно оптимизировать коэффициент отражения зеркала таким образом, что расходимость лазерного изучения уменьшается в два-три раза при уменьшении выходной мощности на 20-30% Контроль качества излучения производился по телевизионной камере с ПЗС-матрицей.
Рассмотрим еще один пример возможной реализации зеркала 2. Предположим, что необходимо получить коэффициент отражения в виде периодической решетки малых отражающих субапертур, что требуется, к примеру, при создании лазеров с резонаторами на основе Тальбот-эффекта. При помощи зеркала из двух пластин несложно получить распределение коэффициента отражения в виде эквидистантных полос. Для получения двумерной решетки достаточно установить три пластины, слегка разъюстированные в перпендикулярных направлениях (фиг. 4). При этом функция отражения данного зеркала будет определяться выражением:
где
Δ12, Δ23 расстояния между зеркалами 1, 2 и 2, 3 соответственно,
αx, αy, и βx, βy углы наклона зеркал 2 и 3 относительно зеркала 1 соответственно.
где
Δ12, Δ23 расстояния между зеркалами 1, 2 и 2, 3 соответственно,
αx, αy, и βx, βy углы наклона зеркал 2 и 3 относительно зеркала 1 соответственно.
Амплитудное распределение коэффициента отражения данного зеркала приведено на фиг. 5.
Claims (1)
- Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения, содержащее две плоскопараллельные полупрозрачные пластины и приводное устройство перемещения одной из полупрозрачных пластин в направлении, перпендикулярном плоскости полупрозрачной пластины, для изменения расстояния между ними, отличающееся тем, что по крайней мере одна из полупрозрачных пластин соединена с устройством, обеспечивающим деформацию поверхности полупрозрачной пластины так, что расстояние между полупрозрачными пластинами есть функция координаты точки на поверхности полупрозрачной пластины и задано выражением
причем форма поверхности первой полупрозрачной пластины по ходу падающего на зеркало луча задана выражением
а форма поверхности второй полупрозрачной пластины по ходу падающего на зеркало луча задана выражением
δ2(r,Φ) = δ(r,Φ) - δ1(r1,Φ) - δo,
где r, Φ - координаты точки на поверхности зеркала в цилиндрической системе координат с осью Z, совпадающей с оптической осью зеркала;
δo - длина зазора между опорными плоскостями пластин интерферометра;
k волновое число;
n показатель преломления среды между пластинами;
R1, R2 амплитудные коэффициенты отражения для первой и второй пластин по ходу луча соответственно;
Т1, Т2 амплитудные коэффициенты пропускания для первой и второй пластин по ходу луча соответственно;
комплексный коэффициент отражения зеркала.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9696101830A RU2092948C1 (ru) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения |
EP97400105A EP0788007B1 (fr) | 1996-01-31 | 1997-01-20 | Miroir à coefficient de réflexion spatialement variable en amplitude et en phase |
DE69719830T DE69719830T2 (de) | 1996-01-31 | 1997-01-20 | Spiegel mit bezüglich Amplitude und Phase räumlich veränderbarem Reflexionskoeffizient |
US08/790,324 US5757562A (en) | 1996-01-31 | 1997-01-28 | Mirror with reflection coefficient variable spatially in amplitude and in phase |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9696101830A RU2092948C1 (ru) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2092948C1 true RU2092948C1 (ru) | 1997-10-10 |
RU96101830A RU96101830A (ru) | 1998-02-10 |
Family
ID=20176352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9696101830A RU2092948C1 (ru) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5757562A (ru) |
EP (1) | EP0788007B1 (ru) |
DE (1) | DE69719830T2 (ru) |
RU (1) | RU2092948C1 (ru) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6137623A (en) | 1998-03-17 | 2000-10-24 | Mcnc | Modulatable reflectors and methods for using same |
US6275320B1 (en) | 1999-09-27 | 2001-08-14 | Jds Uniphase, Inc. | MEMS variable optical attenuator |
US6373632B1 (en) | 2000-03-03 | 2002-04-16 | Axsun Technologies, Inc. | Tunable Fabry-Perot filter |
US6396620B1 (en) | 2000-10-30 | 2002-05-28 | Mcnc | Electrostatically actuated electromagnetic radiation shutter |
US7026602B2 (en) * | 2001-04-13 | 2006-04-11 | Research Triangle Institute | Electromagnetic radiation detectors having a microelectromechanical shutter device |
US6586738B2 (en) | 2001-04-13 | 2003-07-01 | Mcnc | Electromagnetic radiation detectors having a micromachined electrostatic chopper device |
US6927894B2 (en) * | 2001-05-23 | 2005-08-09 | E-Vision, Llc | Mirror assemblies incorporating variable index of refraction materials |
FR2933782B1 (fr) * | 2008-07-11 | 2010-08-13 | Thales Sa | Dispositif de correction des defauts optiques d'un miroir de telescope |
FR3117617B1 (fr) * | 2020-12-11 | 2022-12-23 | Commissariat Energie Atomique | Système de correction de surface d’onde à base d’actionneurs de couple, et procédé associé. |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3119823A1 (de) * | 1981-05-19 | 1982-12-16 | Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren und einrichtung zur kompensation geometrischer verzeichnungsfehler bei optischen abbildungssystem |
FR2525339B1 (fr) * | 1982-04-20 | 1986-10-10 | Cilas Alcatel | Dispositif laser pour guider un missile sur une cible |
JPS61159613A (ja) * | 1985-01-07 | 1986-07-19 | Kokuritsu Kogai Kenkyusho | 反射曲面鏡 |
JPS61235731A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-21 | Sharp Corp | 感圧素子 |
JPH01101421A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-19 | Sharp Corp | 可変干渉装置 |
US4954700A (en) * | 1989-07-24 | 1990-09-04 | Rockwell International Corporation | Pathlength control system with deformable mirror having liquid-filled housing |
JP2862032B2 (ja) * | 1991-10-01 | 1999-02-24 | 三菱電機株式会社 | レーザ発振装置 |
US5229889A (en) * | 1991-12-10 | 1993-07-20 | Hughes Aircraft Company | Simple adaptive optical system |
-
1996
- 1996-01-31 RU RU9696101830A patent/RU2092948C1/ru active
-
1997
- 1997-01-20 DE DE69719830T patent/DE69719830T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-01-20 EP EP97400105A patent/EP0788007B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-28 US US08/790,324 patent/US5757562A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Гроссо Р., Еллин М. Мембранное зеркало как элемент адаптивной оптической системы: В сб. Адаптивная оптика / Под ред. Э.А.Витриченко. - М.: Мир, 1980. 2. Беззубик В.В. и др. Формирование пространственных мод в резонаторах твердотельных лазеров, содержащих фазово-сопряженное зеркало: Тезисы V Международной конференции "Лазерные технологии-95", Шатура, 24 - 26 июня 1995 г., с. 50. 3. Никитенко А.Г., Троицкий Ю.В. Формирование негауссова профиля интенсивности в лазере с неоднородными зеркалами: Квантовая электроника, 1982, т. 9, N 8, с. 1600 - 1607. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0788007A2 (fr) | 1997-08-06 |
US5757562A (en) | 1998-05-26 |
EP0788007B1 (fr) | 2003-03-19 |
EP0788007A3 (fr) | 1998-12-23 |
DE69719830T2 (de) | 2004-01-22 |
DE69719830D1 (de) | 2003-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5224200A (en) | Coherence delay augmented laser beam homogenizer | |
CN102902061B (zh) | 滤光器 | |
JP2019145797A (ja) | 波長可変memsファブリペローフィルター | |
RU2092948C1 (ru) | Зеркало с пространственно неоднородным комплексным коэффициентом отражения | |
JP7448529B2 (ja) | 光線偏向器を有する光学デバイス | |
JP2007507753A (ja) | 区分空洞波長可変ファブリ・ペロ・フィルタ | |
US11391629B2 (en) | Interferometer and method for producing an interferometer | |
CN111142178B (zh) | 一种微结构低振荡背部镀膜啁啾镜及其制备方法 | |
JPH06222300A (ja) | レーザービーム整形装置 | |
JP2018132728A (ja) | 反射型回折格子、レーザ発振器およびレーザ加工機 | |
US5162872A (en) | Tilt/shear immune tunable fabry-perot interferometer | |
CN101557075B (zh) | 半导体激光器的法布里-珀罗腔 | |
Toporovsky et al. | Small-aperture stacked-array deformable mirror made of the piezoceramic combs | |
RU2517792C2 (ru) | Оптическая система формирования лазерного излучения для газового лазера | |
de Denus-Baillargeon et al. | Developing high-performance reflective coatings for the tunable filter and the high-order interferometer of the 3D-NTT | |
KR20230088953A (ko) | 파장 가변 광학필터 | |
Toporovsky et al. | Stacked-actuator deformable mirror with rigid design made of multilayer piezoceramic combs | |
JPH01101421A (ja) | 可変干渉装置 | |
RU2345388C1 (ru) | Оптический элемент лазерного резонатора (варианты) | |
US20190219816A1 (en) | Micromechanical mirror structure with improved mechanical and reflectivity features and corresponding manufacturing process | |
DINH | CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS | |
JP2023548930A (ja) | 能動的に変形可能なメタミラー | |
JP2004145314A (ja) | 周期構造を有する光学素子、該光学素子を有するミラー、光偏向器、および光学素子の制御方法 | |
Vdovin | Micromachined membrane deformable mirrors | |
JP2004205726A (ja) | ビームスプリッター |