DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-01-3-12
УДК: 535.8 681.7.062
Оценка эффективности компенсации искажений волнового фронта пьезоэлектрическими деформируемыми зеркалами с высоким пространственным разрешением управляющих элементов путем воспроизведения ортогональных полиномов Цернике
Полный текст на elibrary.ru
Топоровский В.В., Галактионов И.В., Абдулразак С.Х., Кудряшов А.В. Оценка эффективности компенсации искажений волнового фронта пьезоэлектрическими деформируемыми зеркалами с высоким пространственным разрешением управляющих элементов путем воспроизведения ортогональных полиномов Цернике // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 1. С. 3–12. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-01-3-12
Toporovsky V.V., Galaktionov I.V., Abdulrazak S.Kh., Kudryashov A.V. Evaluation of the wavefront distortion compensation efficiency with high-resolution piezoelectric deformable mirrors by reproducing orthogonal Zernike polynomials [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 1. P. 3–12. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-01-3-12
Предмет исследования. Пьезоэлектрические деформируемые зеркала биморфного и пьезоактюаторного типа с высокой чувствительностью управляющих элементов. Цель работы. Подавление влияния эффектов атмосферной турбулентности на волновой фронт лазерного излучения корректорами волнового фронта с модальными и локальными функциями отклика управляющих элементов посредством воспроизведения полиномов Цернике. Метод. Коэффициенты при полиномах Цернике анализировались с помощью датчика волнового фронта Шака–Гартмана. В качестве критерия эффективности воспроизведения использованы значения максимального управляющего напряжения и остаточного среднеквадратического отклонения. Основные результаты. Использованные пьезоэлектрические корректоры волнового фронта биморфного типа позволяют воспроизвести полиномы Цернике до 7-го порядка в классификации Вайанта, в то время как деформируемое зеркало пьезоактюаторного типа было способно реконструировать полиномы Цернике до 8-го порядка. При этом биморфное зеркало компенсирует крупномасштабные искажения волнового фронта с высокой амплитудой в сравнении с пьезоактюаторным. Тем не менее, пьезоактюаторный корректор воспроизводит аберрации высшего порядка с большей амплитудой. Практическая значимость. Полученные в работе результаты исследования деформируемых зеркал биморфного и пьезоактюаторного типа могут быть использованы в области коррекции крупно- и мелкомасштабных аберраций лазерного излучения при его распространении сквозь атмосферную турбулентность.
адаптивная оптика, пьезоэлектрические деформируемые зеркала, полиномы Цернике, датчик волнового фронта Шака–Гартмана
Коды OCIS: 230.4040, 220.1080, 010.1285
Список источников:1. Ye X., Shen F. Analysis of aiming performance limitation for optical system in atmospheric turbulence (Анализ ограничений на точность сопровождения объекта оптическими системами в турбулентной атмосфере) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 10. С. 8–16.
Ye X., Shen F. Analysis of aiming performance limitation for an optical system in atmospheric turbulence // J. Opt. Technol. 2018. V. 85. P. 603–609. https://doi. org/10.1364/JOT.85.000603
2. Страхов С.Ю., Трилис А.В., Сотникова Н.В. Особенности передающих телескопов для систем лазерной связи // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 5. С. 52–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-05-52-59
Strakhov S.Yu., Trilis A.V., Sotnikova N.V. Specifics of transmitting telescopes for laser communication systems // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. P. 264–269. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000264
3. Кондратенко В.С., Мальцев П.П., Редькин С.В. Лазерная плазмохимическая обработка оптоэлектронных материалов // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 10. С. 78–82. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-78-82
Kondratenko V.S., Mal’tsev P.P., Red’kin S.V. Laser plasma-chemical treatment of optoelectronic materials // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. P. 606–609. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000606
4. Клеймёнов В.В., Возмищев И.Ю., Новикова Е.В. Ограничения применения лазерной опорной звезды в адаптивных оптико-электронных системах, обусловленные её дрожанием в атмосфере // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 10. С. 24–32. http://doi. org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-24-32
Kleimenov V.V., Vozmishchev I.Yu., Novikova E.V. Application limitations of a laser guide star in adaptive optoelectronic systems caused by its jitter in the atmosphere // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. P. 569–573. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000569
5. Arockia Bazil Raj A., Lancelot J.P. Seasonal investigation on prediction accuracy of atmospheric turbulence strength with a new model at Punalkulam, Tamil Nadu [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 1. С. 73–89.
Arockia Bazil Raj A., Lancelot J.P. Seasonal investigation on prediction accuracy of atmospheric turbulence
strength with a new model at Punalkulam, Tamil Nadu // J. Opt. Technol. 2016. V. 83. P. 55–68. https://doi.org/ 10.1364/JOT.83.000055
6. Alamouti S.M. A simple transmit diversity technique for wireless communications // IEEE J. Select. Areas Commun. 1998. V. 16. № 8. P. 1451–1458. https://doi.org/ 10.1109/49.730453
7. Qu Z., Djordjevic I.B. 500 Gb/s free-space optical transmission over strong atmospheric turbulence channels // Opt. Lett. 2016. V. 41. № 14. P. 3285–3288. https://doi.org/10.1364/OL.41.003285
8. Li Z., Cao J., Zhao X., et al. Combinational-deformablemirror adaptive optics system for atmospheric compensation in free space communication // Opt. Commun. 2014. V. 320(2). P. 162–168. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2014.01.042
9. Rukosuev A., Nikitin A., Toporovsky V., et al. A realtime correction of a laser beam wavefront distorted by an artificial turbulent heated airflow // Photonics. 2022. V. 9. № 5. P. 351. https://doi.org/10.3390/photonics9050351
10. Belmonte A., Kahn J.M. Sequential optimization of adaptive arrays in coherent laser communications // J. Lightwave Technol. 2013. V. 31. № 9. P. 1383–1387. https://doi.org/10.1109/JLT.2013.2250484
11. Bifano T. MEMS deformable mirrors // Nature Photonics. 2011. V. 5. P. 21–23. https://doi.org/10.1038/nphoton.2010.297
12. Salinari P., Del Vecchio C., Biliotti V. A study of an adaptive secondary mirror // Proc. ICO-16. 1993. P. 247. https://doi.org/10.1364/AO.37.004656
13. Toporovsky V., Samarkin V., Sheldakova J., et al. Water-cooled stacked-actuator flexible mirror for highpower laser beam correction // Opt. & Laser Technol. 2021. V. 144. P. 107427. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107427
14. Wlodarczyk K., Bryce E., Schwartz N. Scalable stacked array piezoelectric deformable mirror for astronomy and laser processing applications // Rev. Sci. Instruments. 2014. V. 85. № 2. P. 024502. https://doi.org/10.1063/1.4865125
15. Yagnyatinskiy D.A., Fedoseyev V.N. Modal control of a deformable mirror via the focal spot using actuator influence functions // Proc. Intern. Conf. Laser Optics 2018. St. Petersburg, Russia. June 4, 2018. P. 8435877. https://doi.org/10.1109/LO.2018.8435877
16. Toporovsky V., Kudryashov A., Skvortsov A., et al. State-of-the-art technologies in piezoelectric deformable mirror design // Photonics. 2022. V. 9. № 5. P. 321. https://doi.org/10.3390/photonics9050321
17. Ahn K., Kihm H. Moment actuator for correcting loworder aberrations of deformable mirrors // Opt. and Lasers in Eng. 2020. V. 126. P. 105864. https://doi. org/10.1016/j.optlaseng.2019.105864
18. Ivanova N., Onokhov A., Chaika A. Liquid-crystal spatial light modulators for adaptive optics and image processing // Proc. SPIE. 1996. V. 2754. P. 180–185. https://doi.org/10.1117/12.243141
19. Hampton P., Bradley C., Agathoklis P., et al. Control system performance of a woofer-tweeter adaptive optics system // Proc. The Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conf. 2006. Wailea, Maui, Hawaii. September 10–14, 2006. P. 16–24. https://doi.org/10.1364/JOSAA.27.00A145
20. Lavigne J.-F., Véran J.-P. Woofer-tweeter control in an adaptive optics system using a Fourier reconstructor // JOSA A. 2008. V. 25. P. 2271–9. https://doi.org/10.1364/JOSAA.25.002271
21. Dai G.M. Modal compensation of atmospheric turbulence with the use of Zernike polynomials and Karhunen–Loève functions // JOSA A. 1995. V. 12. P. 2182–2193. https://doi.org/10.1364/JOSAA.12.002182
22. Roddier F. Adaptive optics in astronomy. 1st ed. Cambridge University Press, 1999. 420 p.
23. Primot J. Theoretical description of Shack–Hartmann wave-front sensor // Opt. Commun. 2003. V. 222. P. 81–92. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(03)01565-7
24. Goodwin E.P., Wyant J.C. Field guide to interferometric optical testing / SPIE Publications, 2006. 114 p. https://doi.org/10.1117/3.702897
25. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения / пер. с франц. Губеля Н.Н. под ред. Слюсарева Г.Г. М.: Мир, 1968. 295 с.
Marechal A., Francon M. Diffraction. Structure des images. Influence de la cohérence de la Lumiere. Paris, 1960. 216 p.