RU2313810C2 - Semi-passive bimorph multilayer flexible mirror - Google Patents

Abstract

FIELD: controlled optics.

SUBSTANCE: semi-passive bimorph flexible multiplayer mirror can be used as corrector in adaptive systems for dynamic controlling of radiation wave front. Deformed controlled bimorph semi-passive mirror has passive substrate and at least two layers of control electrodes provided with piezo-ceramic discs, which discs are separated by "ground electrodes". Shape and disposition of electrodes of all layers are specified independently to compensate specific type of aberration.

EFFECT: improved sensitivity; reduced sizes; reduced applied voltages.

4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к управляемой оптике и может быть использовано в качестве корректора в адаптивной системе для динамического управления волновым фронтом излучения в телескопах, офтальмологических приборах, промышленной лазерной технике.The invention relates to controlled optics and can be used as a corrector in an adaptive system for dynamically controlling the wavefront of radiation in telescopes, ophthalmic devices, and industrial laser technology.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известно деформируемое биморфное зеркало (см. P.Jagourel, J.-P.Gaffard. Adaptive optics components in Laserdot. - Proc. SPIE, 1991, vol.1543, p.76-87), содержащее активную биморфную структуру из двух пьезоэлектрических пластин, склеенных вместе, и имеющее 13 независимых управляющих электродов; диаметр управляемой апертуры - 30 мм. К обеим сторонам такой двойной пьезопластины прикреплены тонкие кремниевые пластины, на одной из которых сформирована отражающая поверхность; диаметр кремниевых пластин больше, чем пьезоэлектрических. Через кремниевые пластины зеркало крепится к подложке-основанию в трех точках. Деформации отражающей поверхности зеркала обеспечиваются за счет изгиба активной биморфной структуры при деформации пьезокерамики в параллельном оптической поверхности направлении благодаря действию обратного поперечного пьезоэлектрического эффекта, при этом принципиально важным является то, что жесткость (следовательно, и толщина) кремниевых пластин должна быть существенно меньше, чем для пьезокерамических. В противном случае, управляемые деформации зеркала будут весьма незначительны. 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 активного биморфного зеркала являются: малая амплитуда управляемых деформаций отражающей поверхности; низкая чувствительность (не более 25 мкм/кВ); высокое управляющее напряжение; высокая трудоемкость формирования оптической поверхности, включающего использование дополнительных кремниевых пластин; низкое качество и стабильность исходной оптической формы зеркала; низкая прочность и надежность зеркала.A deformable bimorph mirror is known (see P. Jagourel, J.-P. Gaffard. Adaptive optics components in Laserdot. - Proc. SPIE, 1991, vol. 1543, p. 76-87) containing an active bimorph structure of two piezoelectric plates glued together and having 13 independent control electrodes; the diameter of the controlled aperture is 30 mm. Thin silicon wafers are attached to both sides of such a double piezoelectric plate, on one of which a reflective surface is formed; the diameter of silicon wafers is larger than piezoelectric ones. Through silicon wafers, the mirror is attached to the base substrate at three points. Deformations of the reflecting surface of the mirror are ensured due to the bending of the active bimorph structure during deformation of the piezoceramics in the direction parallel to the optical surface due to the inverse transverse piezoelectric effect, while it is fundamentally important that the rigidity (and hence the thickness) of silicon wafers should be significantly less than for piezoceramic. Otherwise, the controlled deformation of the mirror will be very insignificant. The largest amplitude of the controlled displacements of the optical surface in this mirror is achieved by applying a maximum electric voltage (400 V) simultaneously to all the control electrodes and does not exceed 10 μm. The disadvantages of this active bimorph mirror are: a small amplitude of the controlled deformations of the reflecting surface; low sensitivity (no more than 25 microns / kV); high control voltage; the high complexity of the formation of the optical surface, including the use of additional silicon wafers; low quality and stability of the original optical shape of the mirror; low strength and reliability of the mirror.

Известно деформируемое биморфное зеркало на основе активной пьезоэлектрической биморфной структуры с 19 управляющими электродами в виде центрального эллипса и двух концентрических эллиптических колец, разбитых соответственно на 6 и 12 отдельных сегментов (см. C.Boyer, P.Jagourel, J.P.Gaffard et al. "Laserdot components of the PUEO Adaptive Optics System." - Laserdot-Cilas, September, 1995). Активная биморфная структура образована двумя пьезоэлектрическими пластинами диаметром 83 мм, на внешней стороне одной из которых выполнена оптическая поверхность с серебряным отражающим покрытием. Общая толщина зеркала - 2.5 мм. В трех точках по внешнему диаметру зеркало крепится в оправе. Деформации отражающей поверхности зеркала обеспечиваются за счет изгиба активной биморфной структуры при деформации пьезокерамики в параллельном оптической поверхности направлении благодаря действию 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, при этом соответствующий радиус кривизны на управляемой апертуре составляет 34 м. Недостатками данного активного биморфного зеркала являются: малая амплитуда управляемых деформаций отражающей поверхности; низкая чувствительность; высокое управляющее напряжение.A deformable bimorph mirror is known based on an active piezoelectric bimorph structure with 19 control electrodes in the form of a central ellipse and two concentric elliptical rings, divided into 6 and 12 separate segments, respectively (see C. Boyer, P. Jagourel, JP Gaffard et al. "Laserdotot components of the PUEO Adaptive Optics System. "- Laserdot-Cilas, September, 1995). The active bimorph structure is formed by two piezoelectric plates with a diameter of 83 mm, on the outside of one of which an optical surface with a silver reflective coating is made. The total thickness of the mirror is 2.5 mm. At three points in outer diameter, the mirror is mounted in a frame. Deformations of the reflecting surface of the mirror are ensured by bending the active bimorph structure during deformation of the piezoceramics in the direction parallel to the optical surface due to the inverse transverse piezoelectric effect. The largest amplitude of controlled displacements of the optical surface in this mirror is achieved by applying a maximum electric voltage (400 V) simultaneously to all control electrodes, while the corresponding radius of curvature on the controlled aperture is 34 m. The disadvantages of this active bimorph mirror are: small amplitude of controlled deformations of the reflecting surface ; low sensitivity; high control voltage.

Известно изобретение, позволяющее повысить амплитуду деформации гибких зеркал на основе активной биморфной пьезоструктуры (патент WO 97/1226 от 03.04.97). Результат в этом изобретении достигается увеличением числа слоев пьезокерамики, и соединением, нанесенным на них управляющих электродов определенным образом. Получается одноканальное зеркало, в котором возникающая сила изгиба пластины складывается из изгибающих сил каждого слоя, отличие между которыми возникает из-за разной удаленности соответствующих слоев от серединной плоскости. Изобретение предназначено для использования в любых оптических системах для выполнения динамической коррекции (компенсации) осесимметричных искажений оптических пучков. Недостатком данной конструкции зеркала является всего одна степень свободы управления, следовательно, оно способно воспроизвести всего один определенный тип аберраций, но с различной амплитудой. Также это зеркало, как и всякий управляемый корректор на основе активных биморфных пьезослоев обладает крупноячеистой структурой, что не позволяет его шлифовать для получения отражающей поверхности хорошего качества.Known invention, which allows to increase the amplitude of deformation of flexible mirrors based on an active bimorph piezoelectric structure (patent WO 97/1226 from 04/03/97). The result in this invention is achieved by increasing the number of layers of piezoceramics, and the connection applied to them of the control electrodes in a certain way. A single-channel mirror is obtained in which the arising bending force of the plate is composed of the bending forces of each layer, the difference between which arises due to the different remoteness of the corresponding layers from the middle plane. The invention is intended for use in any optical system for performing dynamic correction (compensation) of axisymmetric distortions of optical beams. The disadvantage of this design of the mirror is only one degree of freedom of control, therefore, it is able to reproduce only one certain type of aberration, but with different amplitude. Also, this mirror, like any controlled corrector based on active bimorph piezoelectric layers, has a coarse-cellular structure, which does not allow it to be ground to obtain a reflective surface of good quality.

Последняя проблема решается использованием полупассивных гибких биморфных зеркал, в которых часть зеркала выполняется из пассивной подложки (плавленый кварц, медь, алюминий ...), а пьезокерамические диски с управляющими электродами приклеиваются к ней с другой стороны от отражающего покрытия. Также конструкция этого зеркала позволяет производить шлифование его поверхности до требуемого оптического качества. Ниже приведен ряд патентов и публикаций по пьезокерамическим биморфным полупассивным зеркалам:The latter problem is solved by using semi-passive flexible bimorph mirrors, in which part of the mirror is made from a passive substrate (fused silica, copper, aluminum ...), and piezoceramic discs with control electrodes are glued to it on the other side of the reflective coating. Also, the design of this mirror allows grinding of its surface to the required optical quality. The following are a series of patents and publications on piezoceramic bimorph semi-passive mirrors:

- В.И.Бойков, П.В.Николаев, А.В.Смирнов. Функции отклика биморфного гибкого зеркала. - Оптико-механическая промышленность, 1989, № 10, с.10-13;- V.I. Boykov, P.V. Nikolayev, A.V. Smirnov. Response functions of a bimorph flexible mirror. - Optical-mechanical industry, 1989, No. 10, p.10-13;

- А.В.Икрамов, А.В.Кудряшов, А.Г.Сафронов, С.В.Романов, И.М.Рощупкин, А.О.Сулимов. Адаптивное биморфное зеркало. - Патент СССР № 1808159 (1992). МПК H01S 3/02, по заявке № 4766709/25 от 19.12.1989;- A.V. Ikramov, A.V. Kudryashov, A.G. Safronov, S.V. Romanov, I.M. Roshchupkin, A.O. Sulimov. Adaptive bimorph mirror. - USSR patent No. 1808159 (1992). IPC H01S 3/02, according to the application No. 4766709/25 of 12.19.1989;

- F.Forbes, F.Roddier, G.Poczulp, C.Pinches, G.Sweeny, and R.Dueck. Segmented bimorph deformable mirror. - J. Phys. E: Sci. Instrum., 1989, vol.22, p.402-405;- F. Forbes, F. Roddier, G. Poczulp, C. Pinches, G. Sweeny, and R. Duck. Segmented bimorph deformable mirror. - J. Phys. E: Sci. Instrum., 1989, vol. 22, p. 402-405;

- A.V.Kudryashov, V.V.Samarkin "Control of high power CO₂ laser beam by adaptive optical elements". Opt. Comm. 118, pp.317-322, 1995.- AVKudryashov, VVSamarkin "Control of high power CO ₂ laser beam by adaptive optical elements". Opt. Comm. 118, pp. 317-322, 1995.

- A.V.Kudryashov, V.I.Shmalhausen, "Semipassive bimproph flexible mirrors for atmospheric adaptive optics applications", Opt. Eng. 35(11), pp.3064-3073, 1996.- A.V. Kudryashov, V.I.Shmalhausen, "Semipassive bimproph flexible mirrors for atmospheric adaptive optics applications", Opt. Eng. 35 (11), pp. 3064-3073, 1996.

- A.Kudryashov, V.Samarkin, A.Rukosuev, A.Alexandrov, "High-power lasers and apadtive optics", Proc. SPIE 5333, pp.45-52, 2004.- A.Kudryashov, V.Samarkin, A.Rukosuev, A.Alexandrov, "High-power lasers and apadtive optics", Proc. SPIE 5333, pp. 45-52, 2004.

Основными достоинствами гибких биморфных зеркал являются высокая лучевая стойкость, простота полировки поверхности, относительно низкая стоимость и достаточная чувствительность. Поэтому именно этот тип зеркал обычно используется в современной лазерной технике для управления и коррекции излучения лазеров в различных приложениях: лазерная обработка материалов, астрономия, биология и другие.The main advantages of flexible bimorph mirrors are high radiation resistance, ease of surface polishing, relatively low cost and sufficient sensitivity. Therefore, it is this type of mirror that is usually used in modern laser technology to control and correct laser radiation in various applications: laser processing of materials, astronomy, biology, and others.

За прототип изобретения выбрано гибкое пьезокерамическое полупассивное зеркало, конструкция которого приведена на фиг.1.а. Оно состоит из пассивной подложки (1) с нанесенным на нее отражающим покрытием. С другой стороны к подложке приклеены два пьезокерамических диска (2) с управляющими электродами (3). Посередине расположен общий "земляной" электрод (4). Верхний электрод (5) занимает всю поверхность диска и служит для коррекции аберрации типа дефокус. Пример расположения электродов нижнего слоя (3) приведен на фиг.1.б. Радиусы секционирования электродов и их количество в каждом кольце зависят от типа аберрации, которые надо компенсировать.For the prototype of the invention, a flexible piezoelectric ceramic semi-passive mirror, the design of which is shown in Fig.1.a. It consists of a passive substrate (1) with a reflective coating deposited on it. On the other hand, two piezoceramic discs (2) with control electrodes (3) are glued to the substrate. In the middle is a common “earth” electrode (4). The upper electrode (5) occupies the entire surface of the disk and serves to correct defocus type aberration. An example of the location of the electrodes of the lower layer (3) is shown in Fig.1.b. The radii of the sectioning of the electrodes and their number in each ring depend on the type of aberration, which must be compensated.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Данное изобретения является развитием конструкции гибких биморфных зеркал и, таким образом, обладает всеми их достоинствами, а суть изобретения направлена на увеличение амплитуды деформации отражающей поверхности, повышении чувствительности, снижение управляющего напряжения и уменьшение размеров. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет производить расчет формы управляющих электродов деформируемого зеркала для независимой компенсации аберраций, и, таким образом, увеличивать точность и амплитуду их воспроизведения.This invention is a development of the design of flexible bimorph mirrors and, thus, has all their advantages, and the essence of the invention is aimed at increasing the amplitude of deformation of the reflecting surface, increasing sensitivity, reducing control voltage and reducing size. In addition, the proposed design allows the calculation of the shape of the control electrodes of the deformable mirror for independent compensation of aberrations, and, thus, increase the accuracy and amplitude of their reproduction.

Указанный технический результат достигается благодаря использованию нескольких пьезокерамических дисков с управляющими электродами. Схема конструкции предлагаемого зеркала, расположение «земляных» и управляющих электродов представлена на фиг.2. Внутренние слои управляющих электродов (3а-г) расположены между пьезодисками (2а-е) с «земляными» электродами (4). Поляризация двух слоев пьезокерамики (2б, г и 2в, д) по обе стороны от одного слоя управляющих электродов (3б, 3в соответственно) противоположна. Внешние слои управляющих электродов (3а, 3г) вызывают пьезоэлектрические силы только в одном слое пьезокерамики (2а, 2е соответственно) каждый.The specified technical result is achieved through the use of several piezoceramic discs with control electrodes. The design scheme of the proposed mirror, the location of the "ground" and control electrodes is presented in figure 2. The inner layers of the control electrodes (3a-d) are located between the piezoelectric disks (2a-e) with the “earth” electrodes (4). The polarization of two layers of piezoceramics (2b, d and 2c, e) on both sides of the same layer of control electrodes (3b, 3c, respectively) is opposite. The outer layers of the control electrodes (3a, 3d) cause piezoelectric forces in only one layer of piezoceramics (2a, 2e, respectively) each.

Вид функции отклика данного электрода гибкого зеркала зависит от радиусов и углов секционирования этого электрода. В оптике часто встречаются с необходимостью компенсации определенных аберраций волнового фронта известной формы (низшие, наиболее сильные аберрации - это дефокус, астигматизм, кома, сферическая и т.д.). Характеристики управляющих электродов для воспроизведения каждой аберрации известны. В биморфном зеркале, выбранном за прототип, все управляющие электроды (кроме электрода для компенсации аберрации фокус/дефокус) принадлежат одному слою пьезокерамики. Линии разделения электродов для компенсации различных аберраций не совпадают, поэтому при компенсации одной из аберраций напряжение подается на составной электрод. Например, для компенсации сферической аберрации нужны кольцевые электроды, занимающие всю поверхность зеркала, а для компенсации астигматизма и комы - сегментированные. Уменьшение размеров электрода за счет таких разрезов тем больше, чем большее число аберраций необходимо компенсировать данным зеркалом. В результате зеркало теряет чувствительность при компенсации низших аберраций, амплитуда которых наиболее значительна.The form of the response function of a given electrode of a flexible mirror depends on the radii and angles of sectioning of this electrode. In optics, it is often necessary to compensate for certain aberrations of the wavefront of a known shape (the lowest, most powerful aberrations are defocus, astigmatism, coma, spherical, etc.). The characteristics of the control electrodes for reproducing each aberration are known. In the bimorph mirror selected for the prototype, all control electrodes (except the electrode for compensating focus / defocus aberration) belong to one layer of piezoceramics. The separation lines of the electrodes to compensate for various aberrations do not coincide, therefore, when compensating for one of the aberrations, the voltage is applied to the composite electrode. For example, to compensate for spherical aberration, ring electrodes are needed that occupy the entire surface of the mirror, and segmented ones to compensate for astigmatism and coma. The reduction in the size of the electrode due to such cuts is the greater, the greater the number of aberrations necessary to compensate for this mirror. As a result, the mirror loses sensitivity when compensating for lower aberrations, the amplitude of which is most significant.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить чувствительность компенсации низших аберраций благодаря размещению соответствующих электродов на отдельных слоях. Увеличение чувствительности достигается и за счет того, что внутренние слои управляющих электродов вызывают пьезоэлектрическое напряжение в двух слоях пьезокерамики. Также у зеркала предлагаемой конструкции уменьшается число электродов, необходимых для компенсации одного набора аберраций. Например, для компенсации низших аберраций (астигматизм, кома, сферическая, дефокус) традиционному зеркалу требуется 14 электродов, а предлагаемому изобретению - 13.The present invention allows to significantly increase the sensitivity of the compensation of lower aberrations due to the placement of the corresponding electrodes on separate layers. An increase in sensitivity is also achieved due to the fact that the inner layers of the control electrodes cause piezoelectric voltage in two layers of piezoceramics. Also, the number of electrodes required to compensate for one set of aberrations is reduced for the mirror of the proposed design. For example, to compensate for lower aberrations (astigmatism, coma, spherical, defocus), the traditional mirror requires 14 electrodes, and the present invention 13.

Изобретение характеризуется увеличенными возможностями зеркала при компенсации аберраций высшего порядка. Эти аберрации обычно значительно меньше по амплитуде, чем низшие, поэтому критерием оценки качества зеркала при компенсации высших аберрация является не пределы по амплитуде, а точность их воспроизведения. В традиционном биморфном зеркале все управляющие электроды расположены на одном слое, поэтому при расчете формы управляющих электродов для того, чтобы зеркало было способно компенсировать высшие аберрации, приходится либо увеличивать число управляющих электродов («разрезая» электроды, предназначенные для компенсации низших аберраций), либо уменьшать точность воспроизведения требуемых аберраций. Предлагаемое изобретение позволяет рассчитывать форму электродов для компенсации высших аберраций независимо, располагая соответствующие электроды на отдельном слое (фиг.2, слои управляющих электродов 2а-г).The invention is characterized by increased mirror capabilities when compensating for higher order aberrations. These aberrations are usually much smaller in amplitude than the lowest, therefore, the criterion for evaluating the quality of the mirror when compensating for higher aberrations is not the amplitude limits, but the accuracy of their reproduction. In a traditional bimorph mirror, all the control electrodes are located on one layer, therefore, when calculating the shape of the control electrodes, in order for the mirror to be able to compensate for higher aberrations, you either have to increase the number of control electrodes ("cutting" the electrodes designed to compensate for lower aberrations), or reduce accuracy of reproduction of the required aberrations. The present invention allows to calculate the shape of the electrodes to compensate for higher aberrations independently, placing the corresponding electrodes on a separate layer (figure 2, the layers of the control electrodes 2a-g).

При переходе от традиционного биморфного зеркала к предлагаемому изобретению возникают различные факторы, влияющие на чувствительность компенсации аберраций управляющими электродами. 1) При увеличении числа слоев растет толщина зеркала, увеличивается его цилиндрическая жесткость. 2) Суммарная площадь электродов увеличивается. 3) Для внутренних слоев электродов (фиг.2, 2б, в) число слоев пьезокерамики, в которых электрод вызывает пьезоэлектрические силы в два раза больше. 4) Слои электродов расположены на различном расстоянии от срединной поверхности, чем больше это расстояние, тем его чувствительность больше. Также чувствительность зависит от толщины слоев пьезокерамики и подложки, от радиуса зеркала и способа крепления зеркала. Из перечисленных факторов только фактор 1) является отрицательным. Учитывая, что толщина подложки обычно много меньше толщины пьезодисков, его влияние является незначительным. Он ограничивает число слоев управляющих электродов, если толщину пьезокерамики уменьшить для большего увеличения чувствительности. Изобретение позволяет управлять чувствительностью при компенсации различных типов аберраций, поэтому его конструкция определяется тем приложением, для которого оно предназначено. Количество аберраций, которые нужно компенсировать, определяет количество слоев управляющих электродов. Относительный вклад каждой аберрации определяет расположение управляющего слоя. Максимальной чувствительностью обладает слой, расположение которого показано на фиг.2 (2в). Среди слоев с двумя слоями пьезокерамики он находится на максимальном расстоянии от срединной поверхности зеркала. Его электроды рассчитываются для компенсации наиболее сильной аберрации. Наименьшей чувствительностью обладает слой, ближайший к срединной поверхности (фиг.2, 2а). Относительный вклад остальных слоев зависит от конкретных геометрических размеров зеркала.When switching from a traditional bimorph mirror to the present invention, various factors arise that affect the sensitivity of aberration compensation by control electrodes. 1) With an increase in the number of layers, the thickness of the mirror increases, and its cylindrical stiffness increases. 2) The total area of the electrodes increases. 3) For the inner layers of the electrodes (Fig.2, 2b, c) the number of layers of piezoelectric ceramics in which the electrode causes piezoelectric forces is twice as large. 4) The layers of the electrodes are located at different distances from the middle surface, the greater this distance, the greater its sensitivity. Also, the sensitivity depends on the thickness of the layers of piezoceramics and the substrate, on the radius of the mirror and how the mirror is mounted. Of the listed factors, only factor 1) is negative. Given that the thickness of the substrate is usually much less than the thickness of the piezodisc, its effect is negligible. It limits the number of layers of the control electrodes if the thickness of the piezoceramics is reduced to increase the sensitivity. The invention allows you to control the sensitivity when compensating for various types of aberrations, so its design is determined by the application for which it is intended. The number of aberrations to be compensated determines the number of layers of control electrodes. The relative contribution of each aberration determines the location of the control layer. The layer has the maximum sensitivity, the location of which is shown in figure 2 (2B). Among the layers with two layers of piezoceramics, it is at the maximum distance from the median surface of the mirror. Its electrodes are calculated to compensate for the strongest aberration. The least sensitivity has a layer closest to the median surface (Fig.2, 2A). The relative contribution of the remaining layers depends on the specific geometric dimensions of the mirror.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить чувствительность гибкого биморфного зеркала, а следовательно, и снизить напряжение на управляющих электродах и геометрические размеры зеркала.Thus, the present invention allows to increase the sensitivity of a flexible bimorph mirror, and therefore, to reduce the voltage on the control electrodes and the geometric dimensions of the mirror.

Количество слоев управляющих электродов зеркала, а соответственно и количество слоев пьезокерамики определяется приложением, в котором это зеркало будет использоваться, и количество слоев, указанное на схеме фиг.2 не является сутью изобретения.The number of layers of the control electrodes of the mirror, and accordingly the number of layers of piezoceramics is determined by the application in which this mirror will be used, and the number of layers indicated in the diagram of figure 2 is not the essence of the invention.

Соответствие изобретения требованию «новизна».Compliance of the invention with the requirement of "novelty."

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле и описании изобретения.The analysis of the prior art cited by the applicant, including the search by patents and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed solution, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest solution for the totality of features, allowed us to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed object, set forth in the claims and description of the invention.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Соответствие изобретения требованию «изобретательский уровень»Compliance of the invention to the requirement of "inventive step"

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.To verify compliance of the claimed invention with the requirement of "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

Промышленная применимостьIndustrial applicability

В заключение уместно отметить, что предлагаемое устройство, в том числе изображенное на фиг.2, 3, может быть реализовано на стандартном промышленном оборудовании с использованием известных материалов и технологий. Использующиеся в конструкции зеркала пьезоэлектрические пластины также являются стандартной промышленной продукцией.In conclusion, it is appropriate to note that the proposed device, including that shown in Fig.2, 3, can be implemented on standard industrial equipment using well-known materials and technologies. The piezoelectric plates used in the mirror design are also standard industrial products.

Практически предложенное изобретение может быть использовано для статического и динамического управления волновым фронтом излучения в различных оптических приборах и системах, включая телескопы, промышленную лазерную технику, офтальмологические приборы.Almost the proposed invention can be used for static and dynamic control of the wavefront of radiation in various optical devices and systems, including telescopes, industrial laser equipment, ophthalmic devices.

Таким образом, для заявленного изобретения подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемыми графическими материалами. Также заявленное изобретение, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, for the claimed invention confirmed the possibility of its implementation in accordance with the description and the attached graphic materials. Also, the claimed invention, when it is implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability".

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Полупассивное биморфное многослойное гибкое зеркало состоит из пассивной подложки (фиг.2, №1) с отражающим покрытием, пьезокерамических дисков (фиг.2, №2а-е) и управляющих (фиг.2, №3а-г) и "земляных" (фиг.2, №4) электродов. Электроды представляют собой слой металла, нанесенный на диски из пьезокерамики, управляющие электроды формируются, когда в этом слое металла методом химического травления делаются разделяющие дорожки. Электрического контакта между слоями управляющих электродов нет. После создания электродов нужной формы диски из пьезокерамики с электродами склеиваются между собой и с подложкой.A semi-passive bimorph multilayer flexible mirror consists of a passive substrate (Fig. 2, No. 1) with a reflective coating, piezoceramic discs (Fig. 2, No. 2a-e) and control (Fig. 2, No. 3a-d) and ground ( figure 2, No. 4) of the electrodes. The electrodes are a metal layer deposited on piezoceramic disks, control electrodes are formed when dividing tracks are made in this metal layer by chemical etching. There is no electrical contact between the layers of the control electrodes. After creating the electrodes of the desired shape, the disks made of piezoceramics with electrodes are glued together and with the substrate.

После шлифовки подложки, нанесения отражающего покрытия на подложку зеркало устанавливается в оправу, как показано на фиг.3.After grinding the substrate, applying a reflective coating to the substrate, the mirror is installed in the frame, as shown in Fig.3.

При подаче напряжения на управляющие электроды (фиг.2, 2а-г) в пьезокерамике появляется электрическое поле в области между электродами. За счет обратного поперечного пьезоэлектрического эффекта, в пьезокерамике возникают механические напряжения, под действием которых все зеркало деформируется.When applying voltage to the control electrodes (figure 2, 2A-g) in piezoceramics, an electric field appears in the region between the electrodes. Due to the inverse transverse piezoelectric effect, mechanical stresses arise in piezoceramics, under the influence of which the entire mirror is deformed.

Направление возникающих механических напряжений определяется относительной ориентацией вектора напряженности электрического поля (полярностью приложенного напряжения) и вектором поляризации пьезокерамики. Поэтому слои пьезокерамики, расположенные по разные стороны от каждого из внутренних слоев управляющих электродов, должны быть поляризованы в противоположных направлениях.The direction of the arising mechanical stresses is determined by the relative orientation of the electric field vector (polarity of the applied voltage) and the polarization vector of piezoceramics. Therefore, layers of piezoceramics located on opposite sides of each of the inner layers of the control electrodes must be polarized in opposite directions.

Зеркало в оправе (фиг.3) используется как один из элементов оптической схемы. При отражении лазерного пучка от отражающей поверхности подложки фаза излучения изменяется в соответствии с приложенными напряжениями.The mirror in the frame (figure 3) is used as one of the elements of the optical circuit. When a laser beam is reflected from the reflective surface of the substrate, the radiation phase changes in accordance with the applied voltages.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг.1а. Схема традиционного полупассивного биморфного зеркала:Figa. Scheme of a traditional semi-passive bimorph mirror:

1 - подложка (материал - стекло, кремний, медь или алюминий) с отражающим многослойным диэлектрическим покрытием;1 - substrate (material - glass, silicon, copper or aluminum) with a reflective multilayer dielectric coating;

2 - диски из пьезокерамики;2 - disks made of piezoceramics;

3 - управляющие электроды;3 - control electrodes;

4 - общий "земляной" электрод между двумя пьезодисками;4 - a common "earth" electrode between two piezoelectric disks;

5 - общий электрод для воспроизведения аберрации дефокус (электрод №1).5 - a common electrode for reproducing defocus aberration (electrode No. 1).

Фиг.1б. Пример секционирования управляющих электродов (фиг.1а, элемент 3). Нумерация электродов начинается с 2, т.к. электрод №1 - это общий электрод (фиг.1а, элемент 5).Fig.1b. An example of sectioning of the control electrodes (figa, element 3). The numbering of the electrodes begins with 2, because electrode No. 1 is a common electrode (figa, element 5).

Фиг.2. Конструкция полупассивного биморфного многослойного гибкого зеркала:Figure 2. Design of a semi-passive bimorph multilayer flexible mirror:

1 - Пассивная подложка с отражающим покрытием;1 - Passive substrate with a reflective coating;

2 а-е - диски из пьезокерамики;2 a-e - piezoceramic discs;

3 а-г - слои управляющих электродов;3 a-d - layers of control electrodes;

4 - общие "земляные" электроды.4 - common "earth" electrodes.

Фиг.3. Закрепление зеркала в оправе:Figure 3. Fixing the mirror in the frame:

1 - зеркало;1 - mirror;

2 - оправа;2 - frame;

3 - электрический разъем.3 - electrical connector.

Claims (1)

Деформируемое управляемое биморфное полупассивное зеркало на основе пассивной подложки и некоторого количества, по крайней мере, больше двух, слоев управляющих электродов с пьезокерамическими дисками, которые разделены «земляными электродами» с конфигурацией и расположением для независимой компенсации аберраций.A deformable controllable bimorphic semi-passive mirror based on a passive substrate and a certain amount of at least more than two layers of control electrodes with piezoceramic disks, which are separated by “ground electrodes” with a configuration and arrangement for independent compensation of aberrations.

Images