Deforme olabilen ayna
 | Bu madde, öksüz maddedir; zira herhangi bir maddeden bu maddeye verilmiş bir bağlantı yoktur. (Nisan 2024) |
Deforme olabilen aynalar (DM), dalga cephesi kontrol edilmesi ve optik hataların düzeltilmesi amacıyla yüzeyi deforme olabilen aynalardır. Deforme olabilen aynalar, uyarlanabilir optik sistemlerinde dalga cephesi sensörleri ve gerçek zamanlı kontrol sistemleriyle birlikte kullanılır.
DM'nin şekli, optik sistemin görüntü kalitesini etkileyen dinamik hataları telafi etmek için uygun bir hızla kontrol edilebilir. Pratikte DM yüzey şeklinin, düzeltilecek dinamik hataların değişim hızından çok daha hızlı değiştirilmesi gerekir; çünkü düzeltme süreci, statik bir sapma için bile birkaç yineleme gerektirebilir.
Bir DM genellikle birçok serbestlik derecesine sahiptir. Tipik olarak bu serbestlik dereceleri mekanik aktüatörlerle ilişkilidir ve kabaca bir aktüatörün bir serbestlik derecesine karşılık geldiği düşünülebilir.
Deforme olabilen ayna parametreleri[değiştir | kaynağı değiştir]
Aktüatörlerin sayısı, aynanın düzeltebileceği serbestlik derecesinin (dalga cephesi bükülmelerinin) sayısını belirler. Rastgele bir DM'i, dalga cephesi modlarını Zernike polinomları biçiminde mükemmel şekilde yeniden üretebilen ideal bir cihazla karşılaştırmak çok yaygındır. Atmosfer türbülansının düzeltilmesi için düşük dereceli Zernike terimlerinin ortadan kaldırılması genellikle görüntü kalitesinde önemli bir iyileşme sağlarken, yüksek dereceli terimlerin düzeltilmesi görüntü kalitesinde daha az iyileştirmeler sağlar. Tipik olarak yüksek hızlı aerodinamik akış alanlarında karşılaşılan şoklar gibi güçlü ve hızlı değişen dalga cephesi hatalarındaki dalgalanmalar, aktüatörlerin sayısı, aktüatör aralığı ve piston büyüklüğü, düzeltilebilecek maksimum yerel dalga cephesi eğimi gibi parametreler tarafından belirlenir.
Aktüatör aralığı, iki aktüatörün merkezleri arasındaki mesafedir. Büyük aktüatör aralığına ve çok sayıda aktüatöre sahip deforme olabilen aynalar hantal ve pahalıdır.
Aktüatör piston büyüklüğü, genellikle bir başlangıç noktasının sıfır konumu olarak nitelendirildiği, aktüatörün pozitif veya negatif yönlerdeki maksimum yer değiştirmesidir. Piston büyüklüğü tipik olarak ±1 ila ± 30 mikrometre arasında değişir. Maksimum aktüatör piston büyüklüğü, düzeltilebilecek dalga cephesinin maksimum genliğini sınırlar. Aktüatörler arası piston, düzeltilebilir yüksek dereceli hataların maksimum genliğini ve yerel eğimlerini sınırlar.
Etki fonksiyonu, tek bir aktüatörün hareketi sonrasında, aynanın tepkisine karşılık gelen karakteristik yüzey şekildir. Farklı tipte deforme olabilen aynalar farklı etki fonksiyonlarına sahiptir. Ayrıca etki fonksiyonu, aynı aynanın farklı aktüatörleri için farklı olabilir. Ayna yüzeyinin tamamını kapsayan etki fonksiyonuna "modal" fonksiyon, yerel tepkiye ise "zonal" fonksiyon adı verilir.
Aktüatör bağlantısı, bir aktüatörün hareketinin komşularının yerini ne kadar değiştireceğini gösterir. Tüm "modal" aynalar büyük çapraz bağlantıya sahiptir. Bu durum aslında genellikle en yüksek istatistiksel ağırlığa sahip olan düşük dereceli optik sapmaların yüksek kalitede düzeltilmesini sağladığı için iyidir.
Tepki süresi aynanın kontrol sinyaline ne kadar hızlı tepki vereceğini gösterir. Bu süre MEMS ve manyetik aynalar için mikrosaniye mertebelerindeyken, termal olarak kontrol edilen DM'ler için onlarca saniyeye kadar değişebilir.
Histerezis ve sürünme, deforme olabilen aynanın tepkisinin hassasiyetini azaltan doğrusal olmayan çalıştırma etkileridir. Farklı konseptler için histerezis, elektrostatik olarak çalıştırılan aynalar için sıfır, piezoelektrik aktüatörlü aynalar için yüzde olarak birkaç onu bulabilidr. Histerezis, önceki aktüatör konumu komutlarından geriye kalan, artık bir konum hatasıdır ve aynanın geri besleme döngüsünün dışında ileri besleme modunda çalışma yeteneğini sınırlar.
Deforme olabilen ayna konseptleri[değiştir | kaynağı değiştir]
Parçalı konsept aynalar, birbirinden bağımsız düz ayna parçalarından oluşur. Her parça, dalga cephesi üzerindeki bölgelerin ortalama değerine yaklaşmak için küçük bir mesafe ileri ya da geri hareket edebilir. Bu aynaların avantajı, aktüatörlerin birbirleri ile çok az veya sıfır etkileşime sahip olmalarıdır. Parçalı aktüatör bölümlerinden oluşan bu yaklaşım, düzgün kesintisiz dalga cepheleri için yeteri kadar iyi çalışmaz. Parçaların keskin kenarları ve parçalar arasındaki boşluklar, ışık saçılımına katkıda bulunur. Bu nedenle uygulama alanları, saçılmış ışığa duyarlı olmayanlarla sınırlanmıştır. Her parça başına üç serbestlik derecesinin eklenmesiyle, parçalı aynanın performansında önemli bir iyileşme sağlanabilir: piston, x ve y eğimi. Bu aynalar, piston parçalı aynalara kıyasla üç kat daha fazla aktüatöre sahip olmayı gerektirir. Bu konsept, birincil ayna olarak büyük parçalı aynalara sahip olan Keck teleskopları, James Webb Uzay Teleskobu ve gelecekteki E-ELT için kullanıldı. Parçaları doğru şekilde eş fazlı hale getirmek ve parça şekilleri ve boşluklarının neden olduğu kırınım desenlerini azaltmak için çok sayıda yöntem mevcuttur. NASA'nın Büyük UV Optik Kızılötesi Araştırmacısı gibi gelecekteki büyük uzay tabanlı teleskop da, parçalı birincil aynaya sahip olacak. Kontrastı artırmaya yönelik sağlam yöntemlerin geliştirilmesi, ötegezegenlerin doğrudan görüntülenmesi ve karakterizasyonu için bir anahtardır.
Ayrık aktüatörlerden oluşan, kesintisiz düz ayna konsepti, ince, deforme olabilen bir zarın ile oluşturulur. Plakanın şekli, arka tarafına sabitlenen bir dizi ayrı aktüatör tarafından kontrol edilir. Aynanın şekli ön panele uygulanan kuvvetlerin kombinasyonuna, sınır koşullarına (plakanın aynaya sabitlenme şekli) ve plakanın geometrisi ve malzemesine bağlıdır. Bu aynalar, çok büyük (birkaç bine kadar) serbestlik derecesine sahiptir ve hassas dalga cephesi kontrolüne olanak tanır.
Manyetik konseptli aynalar, ses bobinleri ve mıknatıslar tarafından çalıştırılan ince, esnek, sürekli bir zardan oluşur. Bu teknoloji, çok farklı performanslara ulaşmak için mükemmel tasarım esnekliği sağlar. Yapılan tasarım tercihlerine bağlı olarak, yüz mikrona kadar deformasyona sahip rakipsiz bir piston veya zaman diliminde çok yüksek bir hız elde edebilirler. Zar tek bir malzeme tabakası olduğundan çok yüksek optik kaliteye de ulaşılabilir. Bu teknoloji iyi bir kararlılık sergileyebilir ve şeklini haftalarca neredeyse hiç değişmeden koruyabilir. Aktüatör sayısı onlarca aktüatörden birkaç bin aktüatöre kadar değişebilir.
MEMS konsept aynaları, mikro yüzey işleme teknolojileri kullanılarak üretilir. Çok sayıda aktüatör tarafından kontrol edilen ince, yansıtıcı bir zardan oluşurlar.[3] MEMS aynaları, geleneksel uyarlanabilir optik sistemlerinin yüksek fiyat eşiğini kırabilir. Daha uygun maliyetli bir fiyata daha yüksek aktüatör sayısı elde etmeyi mümkün kılarak, yüksek doğruluklu dalga cephesi düzeltmesine olanak tanırlar.[3] MEMS aynaları, sınırlı histerezis ile aktüatörlerden [4] hızlı yanıt süreleri sunar. Ek bir fayda da, mikro işleme teknolojilerinin, daha fazla sayıda aktüatörle daha ucuz ve daha hafif, deforme olabilen aynalar oluşturmak için ölçek ekonomisi avantajına olanak sağlamasıdır.[5]
Zar konseptli aynalar, sağlam, düz bir çerçeve üzerine gerilmiş ince iletken ve yansıtıcı bir zardan oluşur. Zarın altına veya üstüne yerleştirilebilen elektrostatik elektrot aktüatörlerine kontrol voltajları uygulanarak, zar elektrostatik olarak deforme edilebilir. Zarın üzerine yerleştirilmiş elektrotlar varsa bunlar şeffaftır. Aynanın altına yerleştirilen tek grup elektrot ile aynayı çalıştırmak mümkündür. Bu durumda, zarı başlangıçta küresel hale getirmek için tüm elektrotlara bir ön gerilim voltajı uygulanır. Zar referans küreye göre ileri geri hareket edebilir.
Kristal konseptli aynalar iki veya daha fazla farklı malzeme katmanından oluşur. Bir veya daha fazla aktif katman, piezoelektrik malzemeden üretilir. Elektrot yapısı, yerel tepkiyi kolaylaştırmak için aktif katman üzerinde şekillendirilmiştir. Ayna, bir veya daha fazla elektrota voltaj uygulandığında deforme olur, bu da elektrotların yanlamasına uzamasına neden olur ve bu da yerel ayna eğriliğine neden olur. Kristal aynalar nadiren 100'den fazla elektrotla yapılır.
Ferro sıvı konsept aynaları, bir sıvı taşıyıcı içinde dağılmış küçük ferromanyetik nanopartikül (yaklaşık 10 adet) süspansiyonla yapılan sıvı deforme olabilen aynalardır. Harici bir manyetik alanın varlığında ferromanyetik parçacıklar alanla aynı hizaya gelir, sıvı mıknatıslanır ve yüzeyi manyetik, yerçekimi ve yüzey gerilimi kuvvetleri arasındaki dengenin yönettiği bir şekil alır. Uygun manyetik alan geometrileri kullanılarak ferro akışkanın yüzeyinde istenilen herhangi bir şekil üretilebilir. Bu yeni konsept, düşük maliyetli, yüksek piston büyüklüğüne sahip ve çok sayıda aktüatörle deforme olabilen aynalar için potansiyel bir alternatif sunuyor.[6][7][8]
Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]
Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]
- ^ "The VLT's new Deformable Secondary Mirror". www.eso.org. 1 Kasım 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Kasım 2016.
- ^ "Super-thin Mirror for Sharper Star Images". ESO Announcements. 5 Mart 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Mart 2012.
- ^ a b Bifano, T.; Cornelissen, S.; Bierden, P. (2010). "MEMS deformable mirrors in astronomical adaptive optics". 1st AO4ELT conference - Adaptive Optics for Extremely Large Telescopes. Paris, France: EDP Sciences. s. 06003. doi:10.1051/ao4elt/201006003. ISBN 978-2-7598-0496-2. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım); - ^ Wallace, Brian P.; Hampton, Peter J.; Bradley, Colin H.; Conan, Rodolphe (30 Ekim 2006). "Evaluation of a MEMS deformable mirror for an adaptive optics test bench". Optics Express (İngilizce). 14 (22): 10132-10138. doi:10.1364/OE.14.010132. ISSN 1094-4087. PMID 19529409. 11 Aralık 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: free. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım) - ^ Madec, P. (7 Haziran 2015). "Overview of Deformable Mirror Technologies for Adaptive Optics". Imaging and Applied Optics 2015 (İngilizce). Optical Society of America. ss. AOTh2C.1. doi:10.1364/AOMS.2015.AOTh2C.1. ISBN 978-1-943580-00-2. 2 Mart 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: free. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım) - ^ P. Laird; R. Bergamasco; V. Berube; E.F. Borra; A. Ritcey; M. Rioux; N. Robitaille; S. Thibault; L. Vieira da Silva Jr (August 2002). "Ferrofluid-based deformable mirrors: A new approach to adaptive optics using liquid mirrors". Bonaccini, Domenico (Ed.). Ferrofluid Based Deformable Mirrors - a New Approach to Adaptive Optics Using Liquid Mirrors. Proceedings of SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation meeting. 4839. s. 733. doi:10.1117/12.459065. r eksik
|soyadı1=(yardım) - ^ P. Laird; N. Caron; M. Rioux; E. F. Borra; A. Ritcey (2006). "Ferrofluidic adaptive mirrors". Applied Optics. 45 (15): 3495-3500. doi:10.1364/AO.45.003495. PMID 16708094.
- ^ Denis Brousseau; Ermanno F. Borra; Simon Thibault (2007). "Wavefront correction with a 37-actuator ferrofluid deformable mirror". Optics Express. 15 (26): 18190-18199. doi:10.1364/OE.15.018190. PMID 19551117. Erişim tarihi: free. Tarih değerini gözden geçirin:
|erişimtarihi=(yardım)