Los espejos deformables ( DM ) son espejos cuya superficie se puede deformar, para lograr el control del frente de onda y la corrección de las aberraciones ópticas . Los espejos deformables se utilizan en combinación con sensores de frente de onda y sistemas de control en tiempo real en óptica adaptativa . En 2006 encontraron un nuevo uso en la conformación de pulsos de femtosegundos . [1]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/04/Deformable_mirror_correction.svg/220px-Deformable_mirror_correction.svg.png)
La forma de un DM se puede controlar con una velocidad adecuada para la compensación de aberraciones dinámicas presentes en el sistema óptico. En la práctica, la forma de DM debería cambiarse mucho más rápido que el proceso a corregir, ya que el proceso de corrección, incluso para una aberración estática, puede requerir varias iteraciones.
Un DM suele tener muchos grados de libertad. Típicamente, estos grados de libertad están asociados con los actuadores mecánicos y se puede tomar aproximadamente que un actuador corresponde a un grado de libertad .
Parámetros de espejo deformable
El número de actuadores determina el número de grados de libertad ( inflexiones del frente de onda ) que el espejo puede corregir. Es muy común comparar un DM arbitrario con un dispositivo ideal que puede reproducir perfectamente modos de frente de onda en forma de polinomios de Zernike . Para estadísticas predefinidas de aberraciones, un espejo deformable con actuadores M puede ser equivalente a un corrector Zernike ideal con N (generalmente N
El paso del actuador es la distancia entre los centros del actuador. Los espejos deformables con un gran paso de actuador y una gran cantidad de actuadores son voluminosos y costosos.
La carrera del actuador es el desplazamiento máximo posible del actuador, típicamente en excursiones positivas o negativas desde alguna posición central nula. La carrera suele oscilar entre ± 1 y ± 30 micrómetros. La carrera libre del actuador limita la amplitud máxima del frente de onda corregido, mientras que la carrera interaccionador limita la amplitud máxima y los gradientes de las aberraciones de orden superior corregibles.
La función de influencia es la forma característica correspondiente a la respuesta del espejo a la acción de un solo actuador. Los diferentes tipos de espejos deformables tienen diferentes funciones de influencia, además, las funciones de influencia pueden ser diferentes para diferentes actuadores del mismo espejo. La función de influencia que cubre toda la superficie del espejo se denomina función "modal", mientras que la respuesta localizada se denomina "zonal".
El acoplamiento del actuador muestra cuánto desplazará el movimiento de un actuador a sus vecinos. Todos los espejos "modales" tienen un gran acoplamiento cruzado, lo que de hecho es bueno ya que asegura la alta calidad de corrección de aberraciones ópticas suaves de bajo orden que generalmente tienen el mayor peso estadístico.
El tiempo de respuesta muestra qué tan rápido reaccionará el espejo a la señal de control. Puede variar desde microsegundos (MEMS y espejos magnéticos) hasta decenas de segundos para DM controlados térmicamente.
La histéresis y la fluencia son efectos de actuación no lineales que disminuyen la precisión de la respuesta del espejo deformable. Para diferentes conceptos, la histéresis puede variar desde cero (espejos accionados electrostáticamente) hasta decenas de por ciento para espejos con actuadores piezoeléctricos. La histéresis es un error posicional residual de los comandos de posición del actuador anteriores y limita la capacidad del espejo para trabajar en un modo de avance, fuera de un circuito de retroalimentación.
Conceptos de espejo deformable
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/06/Thin_shell_mirror_for_ESO's_Very_Large_Telescope_Adaptive_Optics_Facility.jpg/440px-Thin_shell_mirror_for_ESO's_Very_Large_Telescope_Adaptive_Optics_Facility.jpg)
Los espejos de concepto segmentado están formados por segmentos de espejo planos independientes. Cada segmento puede moverse una pequeña distancia hacia adelante y hacia atrás para aproximarse al valor promedio del frente de onda sobre el área del parche. Ventajosamente, estos espejos tienen poca o ninguna interferencia entre los actuadores. La aproximación escalonada funciona mal para frentes de onda continuos suaves. Los bordes afilados de los segmentos y los espacios entre los segmentos contribuyen a la dispersión de la luz, lo que limita las aplicaciones a aquellas que no son sensibles a la luz dispersa. Se puede lograr una mejora considerable del rendimiento del espejo segmentado mediante la introducción de tres grados de libertad por segmento: pistón, punta e inclinación. Estos espejos requieren tres veces más actuadores en comparación con los espejos segmentados de pistón. Este concepto se utilizó para la fabricación de grandes espejos primarios segmentados para los telescopios Keck , JWST y el futuro E-ELT . Existen numerosos métodos para co-fase con precisión los segmentos y reducir los patrones de difracción introducidos por las formas y espacios de los segmentos. Los futuros grandes telescopios espaciales, como el gran topógrafo infrarrojo óptico UV de la NASA , también poseerán un espejo primario segmentado. El desarrollo de métodos robustos para aumentar el contraste es clave para la obtención de imágenes directas y la caracterización de exoplanetas .
Los espejos de concepto de placa frontal continua con actuadores discretos están formados por la superficie frontal de una membrana delgada deformable. La forma de la placa está controlada por una serie de actuadores discretos que se fijan a su lado posterior. La forma del espejo depende de la combinación de fuerzas aplicadas a la placa frontal, las condiciones de contorno (la forma en que la placa se fija al espejo) y la geometría y el material de la placa. Estos espejos permiten un control suave del frente de onda con un grado de libertad muy grande (hasta varios miles).
Los espejos de concepto magnético se basan en una superficie reflectante continua movida por actuadores magnéticos. Cuentan con carreras grandes, linealidad y tiempo de asentamiento rápido.
Los espejos conceptuales MEMS se fabrican utilizando tecnologías de micromecanizado de superficie y a granel. Consisten en una fina membrana reflectante controlada por multitud de actuadores . [4] Los espejos MEMS podrían romper el alto umbral de precio de la óptica adaptativa convencional. Permiten una mayor cantidad de actuadores a un precio más rentable, lo que permite una corrección precisa del frente de onda. [4] Los espejos MEMS ofrecen tiempos de respuesta rápidos de los actuadores [5] con histéresis limitada. Un beneficio adicional es que las tecnologías de micromecanizado permiten el beneficio de las economías de escala para crear espejos deformables más baratos y ligeros con un mayor número de actuadores. [6]
Los espejos de concepto de membrana están formados por una delgada membrana conductora y reflectante estirada sobre un marco sólido y plano. La membrana se puede deformar electrostáticamente aplicando voltajes de control a los actuadores de electrodos electrostáticos que se pueden colocar debajo o sobre la membrana. Si hay electrodos colocados sobre la membrana, son transparentes. Es posible operar el espejo con un solo grupo de electrodos colocados debajo del espejo. En este caso, se aplica un voltaje de polarización a todos los electrodos, para hacer que la membrana sea inicialmente esférica. La membrana puede moverse hacia adelante y hacia atrás con respecto a la esfera de referencia.
Los espejos del concepto Bimorph están formados por dos o más capas de diferentes materiales. Una o más de las capas (activas) se fabrican a partir de un material piezoeléctrico o electroestrictivo. La estructura del electrodo está modelada en la capa activa para facilitar la respuesta local. El espejo se deforma cuando se aplica un voltaje a uno o más de sus electrodos, lo que hace que se extiendan lateralmente, lo que da como resultado una curvatura local del espejo. Los espejos bimorfos rara vez se fabrican con más de 100 electrodos.
Los espejos conceptuales de ferrofluidos son espejos líquidos deformables hechos con una suspensión de pequeñas nanopartículas ferromagnéticas (de unos 10 nm de diámetro) dispersas en un vehículo líquido. En presencia de un campo magnético externo, las partículas ferromagnéticas se alinean con el campo, el líquido se magnetiza y su superficie adquiere una forma gobernada por el equilibrio entre las fuerzas magnéticas, gravitacionales y de tensión superficial. Usando geometrías de campo magnético adecuadas, se puede producir cualquier forma deseada en la superficie del ferrofluido. Este nuevo concepto ofrece una alternativa potencial para espejos deformables de bajo coste, alto recorrido y gran número de actuadores. [7] [8] [9]
Ver también
Referencias
- ^ http://www.adaptiveoptics.org/News_0106_2.html
- ^ "Nuevo espejo secundario deformable del VLT" . www.eso.org . Consultado el 1 de noviembre de 2016 .
- ^ "Espejo superfino para imágenes de estrellas más nítidas" . Anuncios de ESO . Consultado el 5 de marzo de 2012 .
- ^ a b Bifano, T .; Cornelissen, S .; Bierden, P. (2010). "Espejos deformables MEMS en óptica adaptativa astronómica" . 1ra Conferencia AO4ELT - Óptica adaptable para telescopios extremadamente grandes . París, Francia: EDP Sciences: 06003. doi : 10.1051 / ao4elt / 201006003 . ISBN 978-2-7598-0496-2.
- ^ Wallace, Brian P .; Hampton, Peter J .; Bradley, Colin H .; Conan, Rodolphe (30 de octubre de 2006). "Evaluación de un espejo deformable MEMS para un banco de pruebas de óptica adaptativa" . Optics Express . 14 (22): 10132–10138. doi : 10.1364 / OE.14.010132 . ISSN 1094-4087 . PMID 19529409 .
- ^ Madec, P. (7 de junio de 2015). "Resumen de tecnologías de espejo deformable para óptica adaptativa" . Imágenes y óptica aplicada 2015 (2015), artículo AOTh2C.1 . Optical Society of America: AOTh2C.1. doi : 10.1364 / AOMS.2015.AOTh2C.1 . ISBN 978-1-943580-00-2.
- ^ P. Laird; R. Bergamasco; V. Berube; EF Borra; A. Ritcey; M. Rioux; N. Robitaille; S. Thibault; L. Vieira da Silva Jr; H. Yockell-Lelievre (agosto de 2002). "Espejos deformables a base de ferrofluidos: un nuevo enfoque de la óptica adaptativa utilizando espejos líquidos". En Wizinowich, Peter L .; Bonaccini, Domenico (eds.). Espejos deformables a base de ferrofluidos: un nuevo enfoque para la óptica adaptativa que utiliza espejos líquidos . Actas de la reunión de instrumentación y telescopios astronómicos SPIE. 4839 . pag. 733. arXiv : astro-ph / 0212189 . doi : 10.1117 / 12.459065 .
- ^ P. Laird; N. Caron; M. Rioux; EF Borra; A. Ritcey (2006). "Espejos adaptativos ferrofluídicos" . Óptica aplicada . 45 (15): 3495–3500. Código bibliográfico : 2006ApOpt..45.3495L . doi : 10.1364 / AO.45.003495 . PMID 16708094 .
- ^ Denis Brousseau; Ermanno F. Borra; Simon Thibault (2007). "Corrección de frente de onda con espejo deformable de ferrofluido de 37 actuadores" . Optics Express . 15 (26): 18190–18199. Código Bibliográfico : 2007OExpr..1518190B . doi : 10.1364 / OE.15.018190 . PMID 19551117 .