Media-security

СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

УПРАВЛЯЕМЫХ ГИБКИХ ЗЕРКАЛ

А.В.Кудряшов, В.А.Тихонов, В.И.Шмальгаузен

В работе описан стробоскопический интерферометр Физо для исследования деформации адаптивных зеркал. Приведены результаты исследования функций отклика различных биморфных корректоров.

Одной из задач адаптивной оптической системы является компенсация в реальном масштабе времени неоднородностей среды при прохождении через нее световой волны. Корректирующим элементом в таких системах служат гибкие зеркала. Для компенсации крупномасштабных неоднородностей имеет смысл использовать корректоры на основе полупассивных биморфных пьезоэлементов /1/. Их отличает высокая чувствительность, простота изготовления, хорошие динамические характеристики.

Принцип работы биморфных корректоров описан в /1/. Одной из основных характеристик адаптивного зеркала является статическая функция отклика, т.е. деформация поверхности зеркала при подаче единичного напряжения на выбранный электрод. При подаче гармонического сигнала частоты на корректор профиль его поверхности можно записать в следующем виде:

(1)

При этом. Второй член в (1) обусловлен тем, что биморфное зеркало представляет собой неконсервативную колебательную систему. Для случая колебаний корректора на частотевведем понятие динамической функции отклика:

(2)

- 120 -

Отметим, что чем ближе частота сигналак резонансной, тем более модуль││отличается от статической функции отклика.

Целью настоящей работы является экспериментальное изучение изменений функций отклика зеркала в зависимости от частоты подаваемого на отдельные электроды управляющего напряжения.

Одним из способов исследования деформаций корректора, в динамике является метод усреднения по времени в голографии /2/. Однако он требует достаточно больших деформаций исследуемого объекта (~3λ, λ - δлина волны опорного излучения) и позволяет определять лишь модуль, а неипо отдельности.

Поэтому для исследования динамических функций отклика адаптивных зеркал был собран стробоскопический интерферометр по схеме Физо (рис.1). В его состав входил стабилизированный по частоте одномодовый лазер ЛГН-302 1, система оптической развязки (поляроид 2 и пластинка λ/4 3), микрообъектив 4, пространственные фильтры 5, 10, делительный кубик 6, коллимирующая линза 7, эталонная клиновидная пластина 8, исследуемое зеркало 9, выходная линза 11, формирующая изображение интерферограммы на входном окне стробирующего элемента 12. Оправы коллимирующей линзы и испытываемого зеркала для удобства юстировки снабжены шаговыми двигателями, В качестве стробирующего элемента использовался эдектроннооптический преобразователь (ЭОП) ЗИМ-2, работавший в импульсном режиме.

Принцип работы стробоскопического интерферометра состоял в следующем. На исследуемое адаптивное зеркало подавался синусоидальный сигнал от генератора ГЗ-18. Это вызывало периодическое смещение интерференционных полос на входном окне ЭОПа, что визуально воспринималось как "размытие" интерферограммы. Для выделения интерференционной картины в определенной фазе колебания корректора на анод ЭОПа необходимо было додать стробирующие импульсы, синхронизованные с сигналом, поступавшим на корректор. Это было организовано следующим образом. Генератор ГЗ-18 через схему синхронизации

- 121 -

- 122 -

Рис.2. Конструкция полупассивного биморфного зеркала.

запуская генератор импульсов (ГИ) Г5-54. ГИ позволял осуществлять задержку выходных импульсов на необходимый промежуток времени (порядка периода колебания корректора). Для формирования стробирующих импульсов сигнал с ГИ поступал на схему управления ЭОПом. Схема управления вырабатывала импульсы амплитудой 35 кВ и длительностью 20 мкс, Сигналы, подаваемые на адаптивное зеркало и ЭОП, можно было наблюдать на экране двухлучевого осциллографа .Созданный стробоскопический интерферометр с использованием ЭОПа ЗИМ-2 позволяет регистрировать форму колебаний зеркал на частотах, меньших 13 кГц.

С помощью данной установки в работе исследовалось два типа адаптивных полупассивных биморфных корректоров. Конструкция биморфного зеркала изображена на рис.2а. Первое зеркало представляло собой кварцевую подложку диаметров 50 мм и толщиной 5 мм

- 123 -

а) б)

в)

Рис.3. Линии равного уровня функции отклика одноэлектродного биморфного зеркала при подаче управляющего напряжения: а - -150 В при частоте 0 Гц, б - -150 В при частоте 2 кГц, в - -50 В при частоте 8 кГц.

№

Рис

Среднеквадратичное отклонение

Максимальная деформация

Расстояние между уровнями

а

б

в

0,244

O,I78

0,085

0,953 мкм

0,843 мкм

0,613 мкм

0,2 мкм

0,2 мкм

0,2 мкм

- 124 -

Рис.4. Профиль поверхности функции отклика одноэлектродного биморфного зеркала при подаче управляющего напряжения: а - -150 В при частоте 0Гц, б - -50 В при частоте 8 кГц.

- 125 -

а)

Рис.5. Линии равного уровня функций отклика 11 электрода биморфного зеркала при подаче управляющего напряжения -70 В при частоте: а - 2 кГц, б - 0 Гц.

№ Рис	№ электрода	Среднеквадратич-ное отклонение	Максимальная деформация	Расстояние между уровнями
а б	11 11	0,158 0,058	0,925 мкм 0,304 мкм	0,1 мкм 0,1 мкм

- 126 -

с наклеенным на нее пьезокерамическим диском диаметром 40 мм. На обе стороны пьезодиска нанесены круглые электроды, занимавшие всю его поверхность. Такой корректор помещался в жесткую оправу. Сверху и снизу он поджимался кольцами из мягкой резины. Частота первого резонанса данного корректора составляла 18 кГц. Кварцевая подложка второго исследованного зеркала имела толщину 2,3 мм и диаметр 46 мм. К подложке приклеивался пьезокерамический диск с нанесенными на обе его поверхности электродами. Диаметр диска - 46 мм. Геометрия внешних управляющих электродов выбиралась, как показано на рис.2б. Внутренний электрод - круг диаметром 45 мм. По периферии зеркало жестко закреплялось в массивной оправе. Частота первого резонанса корректора составляла 2,5 кГц.

На стробоскопическом интерферометре были получены интерферограммы, соответствующие деформации поверхности зеркала на различных частотах и в различных фазах его колебания. Интерференционные картины вводились в ЭВМ и обрабатывались.

На рис.3 приведены линии равного уровня модуля функций откликаодноэлектродного зеркала при подаче управляющих напряжений на различных частотах. Из результата обработки интерферограмм следует, что вплоть до частот-частота первого резонанса) не происходит заметного искажения функций отклика зеркала. На частотах порядкадеформация увеличивается и изменяется форма поверхности биморфного корректора (рис.4). Результаты измерения амплитуды функций отклика 11 электрода второго зеркала на частотах 0 Гц и 2 кГц приведены на рис.5. На частоте 2 кГц наблюдается увеличение амплитуды деформации корректора, а также изменение формы его функций отклика.

Проведенные исследования адаптивных биморфных зеркал показали, что на частотах менее^-частота первого резонанса) динамические функции отклика незначительно отличаются от статических.

Л и т е р а т у р а

1. Воронцов М.А., Кудряшов А.В., Шмальгаузен В.И., Изв.вузов, сер.Радиофизика, 1984, т.ХХYII, с.1419.

2. Смирнов В.А., Наносов М.П., Архипов А.А. и др. Изв.вузов, сер.Машиностроение, 1985, № 1, с.21.