RU2068191C1 - Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало - Google Patents
Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало Download PDFInfo
- Publication number
- RU2068191C1 RU2068191C1 RU9696102312A RU96102312A RU2068191C1 RU 2068191 C1 RU2068191 C1 RU 2068191C1 RU 9696102312 A RU9696102312 A RU 9696102312A RU 96102312 A RU96102312 A RU 96102312A RU 2068191 C1 RU2068191 C1 RU 2068191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- piezoelectric
- plates
- glass
- electrodes
- Prior art date
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 20
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 18
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
- G02B5/10—Mirrors with curved faces
-
- 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
- G02B26/0833—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 micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—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 micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Использование: для статического и динамического управления волновым фронтом излучения в различных оптических приборах и системах. Сущность изобретения: деформируемое зеркало содержит корпус в виде стакана с крышкой и отражающей поверхностью на внешней стороне днища стакана, выполненного переменной толщины, и пьезоэлектрический элемент, выполненный из по крайней мере двух пьезопластин с электродами на их противоположных сторонах, последовательно расположенных параллельно внутренней поверхности днища стакана, причем векторы поляризации смежных пьезопластин направлены в противоположные стороны, одноименные электроды электрически связаны между собой, при этом стакан выполнен в виде одной детали, а отражающая поверхность выполнена в средней части днища, имеющей большую толщину. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к управляемой оптике и может быть использовано для статического и динамического управления волновым фронтом излучения в различных оптических приборах и системах, включая астрономические телескопы, промышленную лазерную технику, а также оптические системы наведения и сопровождения.
Известно неохлаждаемое деформируемое биморфное зеркало, содержащее две пьезоэлектрические пластины, одна из которых является отражающей, и имеющее 13 независимых секционированных управляющих электродов [1] Деформации отражающей поверхности в данном биморфном зеркале достигаются благодаря возникновению изгибающего момента в активной биморфной структуре при деформации пьезокерамики в параллельном оптической поверхности направлении за счет обратного поперечного пьезоэлектрического эффекта. Наибольшая амплитуда управляемых перемещений оптической поверхности в этом зеркале достигается при подаче максимального электрического напряжения (400 В) одновременно на все управляющие электроды и не превышает 10 мкм. Недостатками данного биморфного зеркала являются: малая амплитуда управляемых деформаций отражающей поверхности, низкая чувствительность (не более 25 мкм/кВ), высокая трудоемкость формирования оптической поверхности, низкое качество и стабильность ее исходной формы, а также низкая прочность и надежность зеркала.
Известно охлаждаемое адаптивное биморфное зеркало, выбранное за прототип, содержащее корпус в виде стакана, охлаждаемую отражающую пластину, основную и дополнительную пьезоэлектрические пластины и имеющее 18 независимых управляющих электродов [2] Причем дополнительная пьезопластина, расположенная между отражающей пластиной и основной пьезокерамической пластиной и жестко соединенная с ними, используется независимо от основной пьезопластины, то есть ее управляющий электрод не имеет электрического контакта с другими электродами. Назначение этой дополнительной пьезопластины заключается в стабилизации реперной формы отражающей поверхности зеркала, уменьшении его электромеханического гистерезиса и, при определенных условиях, увеличении диапазона управляемых перемещений отражающей поверхности. При этом деформации отражающей поверхности в данном биморфном зеркале достигаются за счет создания при деформациях каждой пьезопластины изгибающих моментов и их последующей суперпозиции; каждая пьезопластина деформируется в параллельном отражающей поверхности направлении за счет обратного поперечного пьезоэлектрического эффекта. Недостатками известного устройства являются: наличие электрического потенциала на металлическом корпусе зеркала, малая амплитуда управляемых деформаций отражающей поверхности (максимум 11,2 мкм), низкая чувствительность (максимум 37,3 мкм/кВ), высокая трудоемкость формирования оптической поверхности, низкое качество и стабильность ее исходной формы, а также низкая прочность и надежность зеркала.
Целью изобретения является увеличение амплитуды управляемых перемещений оптической поверхности деформируемых биморфных зеркал и повышении их чувствительности. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет снизить трудоемкость при формировании оптической поверхности зеркала, повысить качество и стабильность ее исходной формы, увеличить прочность и надежность зеркала, а также обеспечить более равномерную деформацию отражающей поверхности.
Это достигается тем, что многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало, содержащее корпус в виде стакана с крышкой и отражающей поверхностью на внешней стороне днища стакана, возможно охлаждаемого, пьезоэлектрический элемент в виде двух пьезопластин с электродами на их противоположных сторонах, последовательно закрепленных параллельно внутренней поверхности днища стакана, не выходя за пределы отражающей поверхности, отличается тем, что пьезоэлектрический элемент образован по крайней мере двумя пьезопластинами или является многослойным, все электроды выполнены сплошными, векторы поляризации смежных пьезопластин направлены в противоположные стороны, а их одноименные электроды электрически связаны между собой, при этом стакан выполнен в виде единой детали с днищем переменной толщины, причем отражающая поверхность выполнена в средней части днища, имеющей большую толщину.
Увеличение амплитуды управляемых перемещений оптической поверхности биморфного зеркала и повышение его чувствительности обеспечивается по следующим причинам: благодаря наличию дополнительных изгибающих моментов, возникающих при использовании каждой дополнительной пьезопластины, что реализуется вследствие того, что пьезоэлектрический элемент образован по крайней мере двумя пьезопластинами или является многослойным; за счет синхронных и синфазных (т.е. равных по величине и по знаку) деформаций всех пьезокерамических пластин, что реализуется вследствие того, что все электроды выполнены сплошными, векторы поляризации смежных пьезопластин направлены в противоположные стороны, а их одноименные электроды электрически связаны между собой; за счет снижения жесткости отражающей пластины (т.е. днища стакана) в ее периферийной части и, тем самым, реализации более эластичного закрепления отражающей пластины, что обеспечивается вследствие того, что стакан выполнен в виде единой детали с днищем переменной толщины, причем отражающая поверхность выполнена в средней части днища, имеющей большую толщину.
Первая из вышеперечисленных причин имеет место в охлаждаемом биморфном зеркале, выбранном за прототип. При использовании в конструкции зеркала второй пьезопластины при ее деформации возникает добавочный изгибающий момент, который складывается с изгибающим моментом, возникающим при деформации первой пьезопластины. Однако в этом случае увеличения суммарного изгибающего момента, возникающего в двухслойной биморфной структуре (и, тем самым, увеличения амплитуды деформаций отражающей поверхности и чувствительности зеркала), может и не происходить, поскольку при переходе от однослойного биморфного зеркала к двухслойному имеет место конкуренция трех факторов: добавление к существующему моменту дополнительного изгибающего момента за счет новой пьезопластины; снижение по сравнению с однослойным зеркалом величины изгибающего момента, вызываемого деформациями первой пьезопластины, т.к. в двуслойном зеркале данному изгибающему моменту необходимо компенсировать противодействие не только со стороны отражающей пластины, но также противодействие со стороны второй (новой) пьезопластины; добавление к существующему изгибающему моменту дополнительного изгибающего момента, возникающего в биморфной структуре "первая (старая) пьезопластина вторая (новая) пьезопластина", т.е. за счет одновременных деформаций обоих пьезопластин.
С точки зрения увеличения амплитуды управляемых перемещений оптической поверхности биморфного зеркала и повышения его чувствительности первый из названных факторов является положительным, а второй отрицательным. Действие третьего фактора оказывается положительным только в том случае, когда возникающий в биморфной структуре "первая пьезопластина вторая пьезопластина" добавочный изгибающий момент совпадает по знаку с моментом, возникающим благодаря деформациям первой (старой) пьезопластины. А это, в свою очередь, возможно только тогда, когда деформации второй (новой) пьезопластины совпадают по знаку с деформациями первой (старой) и превосходят их по величине. Во всех остальных случаях действие третьего фактора является отрицательным, даже в том случае, когда деформации обоих пьезопластин совпадают по знаку, но отличаются друг от друга по величине.
Из вышеизложенного ясно, что при переходе от однослойного зеркала к двухслойному первые два фактора являются принципиальными, присутствующими всегда и, следовательно, второй фактор принципиально неустраним. Действие третьего фактора можно обратить на пользу, обеспечив при работе биморфного зеркала, чтобы в каждый момент времени управляющее напряжение на второй пьезопластине совпадало по знаку с напряжением на первой и превышало последнее по величине. Однако все варианты подобного управления пьезопластинами в двухслойном биморфном зеркале неудобны. Во-первых, во всех подобных случаях необходимо иметь два электрически независимых управляющих канала. Во-вторых, значение управляющего напряжения на второй пьезопластине все время необходимо сравнивать с величиной напряжения на первой пьезопластине, что весьма неудобно в динамическом режиме работы зеркала.
При переходе от двухслойного зеркала к трехслойному и далее к многослойному действие всех трех вышеперечисленных факторов усиливается, а именно: добавка к существующему изгибающему моменту дополнительно изгибающего момента уменьшается с присоединением каждой новой пьезопластины, т.к. общая жесткость биморфной структуры все более возрастает; снижаются значения изгибающих моментов, вызываемых деформациями всех уже имеющихся пьезопластин, а не только первой, т.к. в многослойном зеркале каждой имеющейся пьезопластине необходимо компенсировать противодействие со стороны отражающей пластины и со стороны всех остальных пьезопластин; добавляются дополнительные изгибающие моменты, возникающие во всех биморфных структурах, образованных каждой парой смежных пьезопластин.
По аналогии с двухслойным биморфным зеркалом понятно, что в многослойном зеркале добиться вышеуказанного технического результата (т.е. увеличения чувствительности и амплитуды деформаций) за счет простого увеличения количества пьезопластин не удается. Кроме того, в многослойном зеркале добиться положительного действия третьего фактора (т.е. когда управляющее напряжение на всех пьезопластинах является однополярным, причем его величина для каждой последующей пластины больше, чем для предыдущей) еще сложнее, чем в двухслойном и в динамике практически невозможно. Поэтому практически всегда третий фактор будет оказывать отрицательное воздействие на амплитуду деформаций.
Выход заключается в устранении третьего фактора вообще, т.е. за счет того6 что все соединения каждой пары смежных пьезопластин друг с другом не являются биморфными. Последнее реализуется в том случае, когда любые две смежные пьезопластины деформируются абсолютно одинаково или, иными словами, когда при прочих равных условиях на все пьезопластины подается одинаковое управляющее напряжение. Именно благодаря этому деформации всех пьезопластин являются синхронными и синфазными, что, как отмечалось выше, является второй причиной, приводящей к достижению указанного технического результата. При этом соответствующим отличительным признаком является то, что все электроды выполнены сплошными, векторы поляризации смежных пьезопластин направлены в противоположные стороны, а их одноименные электроды электрически связаны между собой. Таким образом, только сочетание данного отличительного признака с первым (что пьезоэлектрический элемент образован по крайней мере двумя пьезопластинами или является многослойным) позволяет добиться указанного технического результата.
С другой стороны, необходимо отметить, что даже при устранении влияния третьего из рассмотренных факторов конкуренция первых двух по-прежнему имеет место. Это обуславливает существование оптимального количества дополнительных пьезопластин с точки зрения увеличения чувствительности многослойного биморфного зеркала и повышения его управляемых деформаций, т.е. добавление каждой новой пьезопластины (даже при условии ориентации и соединения ее указанным нужным образом) приведет не к увеличению амплитуды деформаций и чувствительности, а к их уменьшению. Говоря другими словами, дальнейшее увеличение количества пьезопластин приведет к такому увеличению жесткости многослойной биморфной структуры, которое не позволит достичь указанного технического результата.
Увеличение жесткости многослойной биморфной структуры компенсируется более эластичным ее креплением к корпусу зеркала по сравнению с прототипом. Для этого достаточно понизить жесткость отражающей пластины (т.е. днища стакана) в ее периферийной части, что является третьей причиной, приводящей к указанному техническому результату. При этом соответствующим отличительным признаком является то, что стакан выполнен в виде единой детали с днищем переменной толщины, причем отражающая поверхность выполнена в средней части днища, имеющей большую толщину. Таким образом, только сочетание всех указанных отличительных признаков позволяет добиться существенного гарантированного увеличения амплитуды управляемых перемещений оптической поверхности многослойного биморфного зеркала и повышения его чувствительности, т.е. гарантированно получить существенный указанный выше технический результат.
Сочетание признаков, характеризующих выполнение корпуса и пьезоэлектрического элемента, позволяет снизить суммарную жесткость элемента, несущего отражающую поверхность, и пьезоэлектрического элемента, что позволяет значительно повысить чувствительность зеркала.
Если обеспечена минимально возможная толщина пьезоэлектрических пластин, составляющих многослойную биморфную структуру, а их количество пропорционально увеличено, то повышение чувствительности зеркала обеспечивается за счет снижения управляющего напряжения. Этот результат является прямым следствием того, что чувствительность биморфного зеркала есть отношение величины деформаций его оптической поверхности к приложенному управляющему напряжению.
Снижение трудоемкости формирования оптической поверхности биморфного зеркала и повышение качества ее исходной формы обеспечиваются благодаря тому, что стакан выполнен в виде единой детали с днищем переменной толщины, причем отражающая поверхность выполнена в средней части днища, имеющей большую толщину. Непосредственными причинами, вытекающими из данного отличия предлагаемого изобретения, которые приводят к указанному результату, являются: более однородный и равномерный контакт оптической поверхности зеркала при его полировке с обрабатывающим инструментом (полировальником); исключение из процесса полировки периферии корпуса, т.е. стенок стакана со стороны его днища.
Другим отличием многослойного пьезокерамического деформируемого биморфного зеркала является то, что с целью увеличения простоты и удобства его конструкции, смежные пьезопластины сопряжены между собой через общий для них электрод. В данном случае вместо двух электродов двух различных смежных пьезопластин имеется один единственный электрод, расположенный в месте соединения этих пластин.
Следующим отличием изобретения является то, что, с целью снижения трудоемкости формирования оптической поверхности зеркала, повышения качества и стабильности ее исходной формы, а также увеличения прочности и надежности зеркала, полость его корпуса заполнена эластичным герметиком. Снижение трудоемкости формирования оптической поверхности зеркала и повышение качества ее исходной формы достигается благодаря демпфированию эластичным герметиком давления полировальника на отражающую пластину зеркала в процессе полировки последнего, за счет чего обеспечивается более однородный и равномерный контакт оптической поверхности зеркала с полировальником. Стабильность исходной отражающей поверхности зеркала, а также увеличение его прочности и надежности достигаются благодаря демпфированию эластичным герметиком внешних ударных, вибрационных и иных нагрузок, действующих на корпус зеркала в процессе его эксплуатации. Надежность зеркала также повышается благодаря тому, что герметик защищает внутреннее устройство зеркала от непосредственного повреждения. Помимо этого, использование эластичного герметика способствует возврату днища стакана в исходное положение.
На чертеже показано устройство многослойного пьезокерамического деформируемого биморфного зеркала в простейшем случае, а именно при использовании трех пьезокерамических пластин.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, содержащего отражающую пластину 2, трех или более пьезокерамических пластин 3 с нанесенными каким-либо способом управляющими электродами 4, соединительных проводников 5, электрических проводов 6, задней крышки 7, электрического разъема 8 и эластичного герметика 9. Стрелками показано направление исходной поляризации для каждой пьезопластины. Соседние одноименные электроды для каждой пары смежных пьезопластин показаны одной сплошной линией.
Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало работает следующим образом. Через электрический разъем 8 к каждой пьезопластине 3 прикладывается управляющее напряжение. Следовательно, за счет обратного поперечного пьезоэлектрического эффекта все пьезопластины 3 будут деформироватьсяя. Причем эти деформации будут одинаковыми для всех пьезопластин 3 в силу их выбранной ориентации и указанного соединения электродов 4. Трехслойная (и, следовательно, многослойная) пьезоструктура будет деформироваться как единое целое, то есть как монолитная пьезопластина эквивалентной толщины. Таким образом, при выбранной ориентации пьезопластин 3 и указанном соединении их электродов 4 многослойная пьезоструктура эквивалентна монолитной пьезопластине.
Имея это в виду, легко понять, что соединение "отражающая пластина 2 - многослойная пьезоструктура" эквивалентно соединению двух монолитных пластин: отражающей и пьезокерамической. Такое соединение, как известно, является полупассивной биморфной структурой. Следовательно, при подаче электрического напряжения на пьезокерамику отражающая поверхность зеркала будет деформироваться определенным образом, а именно прогибаться за счет возникновения изгибающего момента в биморфной структуре. Предлагаемое устройство обеспечивает гарантированное существенное увеличение амплитуды управляемых перемещений оптической поверхности зеркала.
Поскольку чувствительность деформируемого зеркала есть отношение величины деформаций его отражающей поверхности к приложенному управляющему напряжению, то из приведенного рассмотрения ясно, что в предлагаемом многослойном биморфном зеркале сочетание всех отличительных признаков, характеризующих выполнение корпуса и пьезоэлектрического элемента, также обеспечивет гарантированное значительное увеличение чувствительности по сравнению с известными аналогами и прототипом. Очевидно, в случае использования в конструкции биморфного зеркала на трех, а более пьезоэлектрических пластин 3, а также в случае многослойного пьезоэлемента все приведенные рассуждения сохраняют свою справедливость при условии ориентации всех пьезопластин 3, соединения их электродов 4, выполнения корпуса 1 и отражающей пластины 2 указанным образом (см. чертеж).
Наибольшая простота и удобство конструкции предлагаемого изобретения достигаются в том случае, когда смежные пьезопластины сопряжены между собой через общий для них электрод. В этом случае многослойный пьезоэлемент может быть образован не простым соединением отдельных пьезопластин с нанесенными на обе стороны электродами, а, например, спеканием по платине тонких пьезоэлектрических пленок. При этом сами пьезопленки не имеют управляющих электродов, а их роль играют платиновые прокладки. Кроме того, при спекании одновременно проводится термообработка пьезопленок, за счет чего они превращаются в жесткие (но тонкие) пьезопластины. В итоге пьезопластины в многослойном пьезоэлементе оказываются сопряженными через общий для них электрод.
При заполнении жидким герметиком полости корпуса и его последующем высыхании происходит его адгезия к стенкам корпуса и поверхности пьезоэлемента. Таким образом, герметик играет роль своеобразной пружины, возвращающей отражающую пластину (днище стакана) в исходное состояние при любых нагрузках, действующих на нее в процессе изготовления или эксплуатации зеркала.
По аналогии с прототипом отражающая пластина (днище стакана) может быть выполнена охлаждаемой. Например, она может содержать каналы охлаждения для пропускания воды или любого иного хладагента, расположенные непосредственно под отражающей поверхностью зеркала. На прилагаемом чертеже данные каналы охлаждения не показаны.
Достоинством предлагаемого устройства многослойного биморфного зеркала является возможность уменьшения толщины отдельных пьезопластин 3 с целью понижения величины управляющего напряжения (без снижения амплитуды полезных деформаций отражающей поверхности) и, следовательно, еще большего повышения чувствительности. Действительно, для существующих аналогов и прототипа толщина одной пьезопластины ограничена снизу, так как ее жесткость должна быть достаточна для максимального изгиба отражающей пластины. В свою очередь, общая толщина биморфной структуры также ограничена снизу, поскольку ее жесткость должна обеспечивать возможность оптического формообразования и полировки зеркала. Таким образом, для имеющихся аналогов и прототипа существует минимально допустимая толщина пьезопластины, при которой возможно создание эффективного деформируемого биморфного зеркала.
Для предлагаемого многослойного биморфного зеркала какого-либо ограничения минимальной толщины отдельных пьезопластин 3 не существует. В этом случае возможный недостаток жесткости пьезоструктуры в целом компенсируется увеличением количества пьезоэлектрических пластин 3. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность создания низковольтных высокочувствительных одноканальных деформируемых биморфных зеркал с высокой амплитудой управляемых перемещений оптической поверхности.
Предлагаемое устройство, в том числе изображенное на чертеже, может быть реализовано на стандартном промышленном оборудовании с использованием известных материалов и технологических операций. Использующиеся в конструкции зеркала пьезоэлектрические пластины также являются стандартной промышленной продукцией.
По сравнению с деформируемыми зеркалами, содержащими дискретные управляющие приводы (например, по сравнению с аналогичным по назначению и рабочим характеристикам одноканальным деформируемым зеркалом немецкой фирмы DIеhI GmbH Cо с одним пьезопроводом, см. Lаsеrs in Engineering 1995, VoI. 4 рр. 233-242) предложенное устройство обладает как минимум следующими преимуществами: значительно меньшими массой и габаритными размерами, существенно меньшей себестоимостью, более сферическими деформациями отражающей поверхности.
Изобретение может быть использовано в любых оптических системах для выполнения динамической коррекции (компенсации) осесимметричных искажений оптических пучков с высокой точностью, например, в технологических лазерных установках с "летающей" оптикой с целью получения равномерного качества сварного шва во всем рабочем поле комплекса.
Claims (4)
1. Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало, содержащее корпус в виде стакана с крышкой и отражающей поверхностью на внешней стороне днища стакана, и пьезоэлектрический элемент, закрепленный на внутренней поверхности днища стакана, не выходя за пределы отражающей поверхности, отличающееся тем, что пьезоэлектрический элемент выполнен из последовательно расположенных параллельно внутренней поверхности днища стакана по крайней мере двух пьезопластин с электродами на их противоположных сторонах, электроды выполнены сплошными, векторы поляризации смежных пьезопластин направлены в противоположные стороны, а их одноименные электроды электрически связаны между собой, при этом стакан выполнен в виде единой детали с днищем переменной толщины, причем отражающая поверхность выполнена в средней части днища, имеющей большую толщину.
2. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что днище стакана выполнено охлаждаемым.
3. Зеркало по п.1 или 2, отличающееся тем, что смежные пьезопластины сопряжены между собой через общий для них электрод.
4. Зеркало по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что полость корпуса заполнена эластичным герметиком.
Priority Applications (14)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9696102312A RU2068191C1 (ru) | 1996-02-12 | 1996-02-12 | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало |
PCT/RU1996/000053 WO1996018919A1 (en) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror |
EE9600178A EE9600178A (et) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Mitmekihiline piesoelektriline deformeeritav bimorfne peegel |
PL96322716A PL322716A1 (en) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Multilayered piezoelectric deformable bimorphous mirror |
SI9620001A SI9620001A (en) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror |
JP8518655A JPH10511188A (ja) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | 多層圧電変形可能バイモルフ鏡 |
HU9602396A HUP9602396A2 (en) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Multilayer piezoelectric deformable bimorph mirror |
KR1019960705021A KR970706512A (ko) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | 다층 압전 변형 가능 이형 미러(Multiple layer piezoelectric deformable bimorphicmirror) |
CN96190026A CN1145667A (zh) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | 多层压电可变形双压电晶片反射镜 |
CA002185320A CA2185320A1 (en) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror |
MD96-0318A MD960318A (ru) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало |
EP19960907806 EP0743541A4 (en) | 1996-02-12 | 1996-03-06 | MULTI-LAYER MIRROR PIEZOELECTRIC DEFORMABLE BIMORPH |
LVP-96-316A LV11713B (en) | 1996-02-12 | 1996-07-26 | Multilayer piezoelectric deformable bimorf mirror |
LT96-116A LT96116A (en) | 1996-02-12 | 1996-08-01 | Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9696102312A RU2068191C1 (ru) | 1996-02-12 | 1996-02-12 | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2068191C1 true RU2068191C1 (ru) | 1996-10-20 |
RU96102312A RU96102312A (ru) | 1998-04-20 |
Family
ID=20176622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9696102312A RU2068191C1 (ru) | 1996-02-12 | 1996-02-12 | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0743541A4 (ru) |
JP (1) | JPH10511188A (ru) |
KR (1) | KR970706512A (ru) |
CN (1) | CN1145667A (ru) |
CA (1) | CA2185320A1 (ru) |
EE (1) | EE9600178A (ru) |
HU (1) | HUP9602396A2 (ru) |
LT (1) | LT96116A (ru) |
LV (1) | LV11713B (ru) |
MD (1) | MD960318A (ru) |
PL (1) | PL322716A1 (ru) |
RU (1) | RU2068191C1 (ru) |
SI (1) | SI9620001A (ru) |
WO (1) | WO1996018919A1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2636255C2 (ru) * | 2016-04-14 | 2017-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Пьезоактюатор изгибного типа |
RU2741035C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Лазерная оптическая головка |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3695494B2 (ja) | 1996-11-13 | 2005-09-14 | セイコーエプソン株式会社 | 光変調デバイス、その製造方法および表示装置 |
WO1999054775A1 (fr) * | 1996-11-13 | 1999-10-28 | Seiko Epson Corporation | Procede de production d'un dispositif de modulation de lumiere et d'un projecteur |
GB2321114B (en) * | 1997-01-10 | 2001-02-21 | Lasor Ltd | An optical modulator |
US6874897B2 (en) * | 2000-01-27 | 2005-04-05 | Aoptix Technologies, Inc. | Deformable curvature mirror with unipolar-wiring |
US20030006417A1 (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-09 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating semiconductor srtuctures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form the same and piezoelectric structures having controllable optical surfaces |
US7740363B2 (en) | 2002-12-23 | 2010-06-22 | Bae Systems Plc | Deformable-mirror holder |
EP1576407A2 (en) | 2002-12-23 | 2005-09-21 | BAE Systems PLC | Deformable-mirror cooling |
AU2003294125A1 (en) | 2002-12-23 | 2004-07-14 | Bae Systems Plc | Deformable mirror |
FR2866122B1 (fr) * | 2004-02-06 | 2006-05-19 | Europ De Systemes Optiques Soc | Miroir bimorphe. |
DE102007038872A1 (de) | 2007-08-16 | 2009-02-26 | Seereal Technologies S.A. | Abbildungsvorrichtung zum Beeinflussen von auftreffendem Licht |
DE102008049647B4 (de) | 2008-09-30 | 2011-11-24 | Technische Universität Dresden | Mikromechanisches Element und Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Elements |
EP2258656A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-08 | BAE Systems PLC | Self-Deformable Mirrors and the Support Thereof |
AU2010252752A1 (en) * | 2009-05-29 | 2011-12-01 | Bae Systems Plc | Self-deformable mirrors and the support thereof |
CN102147524A (zh) * | 2010-02-10 | 2011-08-10 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种可变曲率反射镜装置 |
DE102010028111B4 (de) | 2010-04-22 | 2016-01-21 | Technische Universität Dresden | Mikromechanisches Element |
US20130301113A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-11-14 | California Institute Of Technology | Deformable mirrors and methods of making the same |
CN103383092B (zh) * | 2013-07-31 | 2017-04-12 | 广东金达照明科技股份有限公司 | 一种动态多彩灯具 |
CN108627972A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-10-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 悬臂式横向压电驱动变形镜及其装配方法 |
CN113219649B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-11-22 | 哈尔滨芯明天科技有限公司 | 一种航天应用的高可靠压电偏摆镜 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3904274A (en) * | 1973-08-27 | 1975-09-09 | Itek Corp | Monolithic piezoelectric wavefront phase modulator |
US4257686A (en) * | 1978-12-14 | 1981-03-24 | Itek Corporation | Multiple layer piezoelectric wavefront modulator |
FR2453423A1 (fr) * | 1979-04-04 | 1980-10-31 | Quantel Sa | Element optique epais a courbure variable |
FR2530830B1 (ru) * | 1982-07-22 | 1985-01-25 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | |
US4969726A (en) * | 1985-06-03 | 1990-11-13 | Northrop Corporation | Ring laser gyro path-length-control mechanism |
US4915492A (en) * | 1989-02-06 | 1990-04-10 | Toth Theodor A | Mirror transducer assembly with selected thermal compensation |
-
1996
- 1996-02-12 RU RU9696102312A patent/RU2068191C1/ru active
- 1996-03-06 MD MD96-0318A patent/MD960318A/ru not_active Application Discontinuation
- 1996-03-06 EP EP19960907806 patent/EP0743541A4/en not_active Withdrawn
- 1996-03-06 JP JP8518655A patent/JPH10511188A/ja active Pending
- 1996-03-06 WO PCT/RU1996/000053 patent/WO1996018919A1/ru not_active Application Discontinuation
- 1996-03-06 EE EE9600178A patent/EE9600178A/xx unknown
- 1996-03-06 CA CA002185320A patent/CA2185320A1/en not_active Abandoned
- 1996-03-06 HU HU9602396A patent/HUP9602396A2/hu unknown
- 1996-03-06 CN CN96190026A patent/CN1145667A/zh active Pending
- 1996-03-06 SI SI9620001A patent/SI9620001A/sl unknown
- 1996-03-06 PL PL96322716A patent/PL322716A1/xx unknown
- 1996-03-06 KR KR1019960705021A patent/KR970706512A/ko active IP Right Grant
- 1996-07-26 LV LVP-96-316A patent/LV11713B/en unknown
- 1996-08-01 LT LT96-116A patent/LT96116A/lt unknown
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. J.-P.Gaffard и др., Adaptiv Optics: Description of availadie components at Laserdot, Proc. SPIE, 1994, vol. 2201, p. 688-702. 2. Патент РФ N 1808159, кл. H01S 3/02, 19937 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2636255C2 (ru) * | 2016-04-14 | 2017-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Пьезоактюатор изгибного типа |
RU2741035C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Лазерная оптическая головка |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
LV11713B (en) | 1997-08-20 |
HUP9602396A2 (en) | 1997-11-28 |
JPH10511188A (ja) | 1998-10-27 |
EP0743541A1 (en) | 1996-11-20 |
LT96116A (en) | 1997-02-25 |
HU9602396D0 (en) | 1996-11-28 |
LV11713A (lv) | 1997-02-20 |
KR970706512A (ko) | 1997-11-03 |
CN1145667A (zh) | 1997-03-19 |
CA2185320A1 (en) | 1996-06-20 |
PL322716A1 (en) | 1998-02-16 |
EE9600178A (et) | 1997-08-15 |
SI9620001A (en) | 1997-08-31 |
WO1996018919A1 (en) | 1996-06-20 |
MD960318A (ru) | 1997-07-31 |
EP0743541A4 (en) | 1997-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2068191C1 (ru) | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало | |
RU2069883C1 (ru) | Мозаичное адаптивное биморфное зеркало | |
US7699296B1 (en) | Method and apparatus for an actuator having an intermediate frame | |
US4257686A (en) | Multiple layer piezoelectric wavefront modulator | |
US8129885B2 (en) | Electric generating unit as substitute for vehicle battery | |
CA2579640A1 (en) | Adaptive mirror system | |
US4248504A (en) | Piezoelectric wavefront modulator | |
RU96102312A (ru) | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало | |
EP1794635A2 (en) | Integrated wavefront correction module | |
CA2579651A1 (en) | Integrated wavefront correction module with reduced translation | |
RU2099754C1 (ru) | Деформируемое зеркало на основе многослойной активной биморфной структуры | |
US6984923B1 (en) | Broadband and wide field of view composite transducer array | |
JPH10243668A (ja) | 振動アクチュエータ | |
US20060082909A1 (en) | Deformable-mirror holder | |
JP2658812B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
Benjamin | PATENT COUNSEL NAVAL UNDERSEA WARFARE CENTER 1176 HOWELL ST. CODE GOOC, BLDG. 112T NEWPORT, RI02841 | |
RU2133052C1 (ru) | Фазовый модулятор волнового фронта | |
KR200174665Y1 (ko) | 피에조 액튜에이터 | |
Benjamin et al. | Broadband and Wide Field of View Composite Transducer Array | |
RU2186412C1 (ru) | Адаптивное зеркало | |
CN114514190A (zh) | Mems元件以及振动发电器件 | |
US20030168934A1 (en) | Device for deflecting optical beams | |
RU2251176C2 (ru) | Твердотельный электромеханический преобразователь | |
RU2265871C1 (ru) | Интегральное микромеханическое зеркало | |
JPS6343448Y2 (ru) |