본 논문에서는 37개의 채널을 갖는 적응광학계용 SiC 변형거울 개발에 관한 내용을 다룬다. 이 SiC 변형거울은 추후 개발 예정인 일체형 냉각수로를 갖는 냉각형 SiC 변형거울의 시제품으로써, 고출력 레이저를 이용하는 적응광학계에 적용될 것이다. 이러한 고출력 레이저용 변형거울은 거울면의 불완전한 반사 코팅 때문에 흡수된 에너지가 거울면을 왜곡시켜 전체 시스템의 성능을 저하시키는 심각한 열 변형 문제를 가지고 있다. 따라서 고출력 레이저용 변형거울은 열 변형을 최소화 시킬 수 있는 ...
본 논문에서는 37개의 채널을 갖는 적응광학계용 SiC 변형거울 개발에 관한 내용을 다룬다. 이 SiC 변형거울은 추후 개발 예정인 일체형 냉각수로를 갖는 냉각형 SiC 변형거울의 시제품으로써, 고출력 레이저를 이용하는 적응광학계에 적용될 것이다. 이러한 고출력 레이저용 변형거울은 거울면의 불완전한 반사 코팅 때문에 흡수된 에너지가 거울면을 왜곡시켜 전체 시스템의 성능을 저하시키는 심각한 열 변형 문제를 가지고 있다. 따라서 고출력 레이저용 변형거울은 열 변형을 최소화 시킬 수 있는 냉각시스템이 필수적이고 거울면 재질의 선택 또한 매우 중요하다. 우리가 제작한 SiC 변형거울은 두께 2 ㎜, 직경 100 ㎜의 SiC 거울면 뒤에 37개의 적층된 형태의 압전소자 구동기가 사각형의 격자무늬 형태로 부착되어있다. 유리재질의 거울면을 갖는 일반적인 변형거울과 달리, SiC는 높은 열 확산률을 가지고 있어 열에 의한 왜곡을 최소화 시킬 수 있다. 또한 내부에 일체형 냉각수로를 만들기 위해 두꺼운 거울면을 갖는다. 이 두꺼운 SiC 거울면은 높은 굽힘 강성을 가지고 있지만 구동기와 거울면 사이에 플렉셔 구조를 추가하여 접착제 부분의 전단응력은 줄이고 광학적 성능은 유지하였다. 이러한 SiC 변형거울의 특성을 파악하기 위해, 유한요소해석법을 통해 영향함수를 전산모사 하였고, 간섭계로 측정한 결과와 비교하였다. 또한 측정된 영향함수들을 이용하여 제르니케 다항식의 여러 파면을 복원하고, 임의로 왜곡된 파면을 잔여오차 RMS 30 ㎚ 이하로 보상함으로써, SiC 변형거울의 광학적 성능을 확인하였다.
본 논문에서는 37개의 채널을 갖는 적응광학계용 SiC 변형거울 개발에 관한 내용을 다룬다. 이 SiC 변형거울은 추후 개발 예정인 일체형 냉각수로를 갖는 냉각형 SiC 변형거울의 시제품으로써, 고출력 레이저를 이용하는 적응광학계에 적용될 것이다. 이러한 고출력 레이저용 변형거울은 거울면의 불완전한 반사 코팅 때문에 흡수된 에너지가 거울면을 왜곡시켜 전체 시스템의 성능을 저하시키는 심각한 열 변형 문제를 가지고 있다. 따라서 고출력 레이저용 변형거울은 열 변형을 최소화 시킬 수 있는 냉각시스템이 필수적이고 거울면 재질의 선택 또한 매우 중요하다. 우리가 제작한 SiC 변형거울은 두께 2 ㎜, 직경 100 ㎜의 SiC 거울면 뒤에 37개의 적층된 형태의 압전소자 구동기가 사각형의 격자무늬 형태로 부착되어있다. 유리재질의 거울면을 갖는 일반적인 변형거울과 달리, SiC는 높은 열 확산률을 가지고 있어 열에 의한 왜곡을 최소화 시킬 수 있다. 또한 내부에 일체형 냉각수로를 만들기 위해 두꺼운 거울면을 갖는다. 이 두꺼운 SiC 거울면은 높은 굽힘 강성을 가지고 있지만 구동기와 거울면 사이에 플렉셔 구조를 추가하여 접착제 부분의 전단응력은 줄이고 광학적 성능은 유지하였다. 이러한 SiC 변형거울의 특성을 파악하기 위해, 유한요소해석법을 통해 영향함수를 전산모사 하였고, 간섭계로 측정한 결과와 비교하였다. 또한 측정된 영향함수들을 이용하여 제르니케 다항식의 여러 파면을 복원하고, 임의로 왜곡된 파면을 잔여오차 RMS 30 ㎚ 이하로 보상함으로써, SiC 변형거울의 광학적 성능을 확인하였다.
In this thesis, we deal with a silicon carbide (SiC) deformable mirror (DM) with 37 actuators for adaptive optics (AO). This DM is prototype of a cooled SiC DM with monolithic water channels for high power laser application. DMs used in high-power lasers (HPL), however, suffer from thermal distortio...
In this thesis, we deal with a silicon carbide (SiC) deformable mirror (DM) with 37 actuators for adaptive optics (AO). This DM is prototype of a cooled SiC DM with monolithic water channels for high power laser application. DMs used in high-power lasers (HPL), however, suffer from thermal distortion problems, where the energy absorbed by the DM due to the imperfect reflective coating distorts the faceplate and degrades the system performance. Therefore, DM for HPL systems must have an active or passive cooling system to dissipate the heat, and the proper selection of the faceplate material is also crucial. The DM presented in this thesis has a continuous SiC faceplate, the diameter and the thickness of which are 100 ㎜ and 2 ㎜, respectively, and 37 stack-type piezoelectric actuators arranged in a rectangular grid. Compared with glass faceplates used for conventional DMs, SiC has a high thermal diffusivity which effectively minimizes the mirror distortions due to thermal gradients. The faceplate is thick enough for possible integration with monolithic cooling channels inside the faceplate. The faceplate without cooling channels presented in this thesis has a high bending stiffness compared with glass DMs, but the proposed actuator configuration has flexure supports to reduce the shear stress at the adhesive while preserving optical performances. To examine the characteristics of the SiC DM, we simulated influence functions (IF) with finite element analysis and then compared them with the IF measured by an optical interferometer. Optical performance of the DM was verified by generating Zernike polynomial modes based on the measured IF and by compensating arbitrarily distorted wavefront.
In this thesis, we deal with a silicon carbide (SiC) deformable mirror (DM) with 37 actuators for adaptive optics (AO). This DM is prototype of a cooled SiC DM with monolithic water channels for high power laser application. DMs used in high-power lasers (HPL), however, suffer from thermal distortion problems, where the energy absorbed by the DM due to the imperfect reflective coating distorts the faceplate and degrades the system performance. Therefore, DM for HPL systems must have an active or passive cooling system to dissipate the heat, and the proper selection of the faceplate material is also crucial. The DM presented in this thesis has a continuous SiC faceplate, the diameter and the thickness of which are 100 ㎜ and 2 ㎜, respectively, and 37 stack-type piezoelectric actuators arranged in a rectangular grid. Compared with glass faceplates used for conventional DMs, SiC has a high thermal diffusivity which effectively minimizes the mirror distortions due to thermal gradients. The faceplate is thick enough for possible integration with monolithic cooling channels inside the faceplate. The faceplate without cooling channels presented in this thesis has a high bending stiffness compared with glass DMs, but the proposed actuator configuration has flexure supports to reduce the shear stress at the adhesive while preserving optical performances. To examine the characteristics of the SiC DM, we simulated influence functions (IF) with finite element analysis and then compared them with the IF measured by an optical interferometer. Optical performance of the DM was verified by generating Zernike polynomial modes based on the measured IF and by compensating arbitrarily distorted wavefront.
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