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变形镜纠错

通过Fraunhofer-Gesellschaft|2014年5月14日

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使用激光束切割或焊接需要非常高的功率。但这也产生了自己的问题:光束的能量会使将其聚焦到某一点的镜子变形。当这种情况发生时,光束膨胀并失去强度。一种新型的镜子可以自我变形以纠正这种不需要的变形。

激光在制造业中用于切割材料或焊接部件。激光通过各种透镜和镜子聚焦到一个点上;焦点越小,能量越高,操作人员就能越准确地使用激光。

所以,打开电源就可以走了,对吧?这并不是那么简单,因为当激光功率增加时,镜子会相应地加热,导致它变形。变形的镜子不能有效聚焦激光;焦点变大,激光功率下降。

精确校正不需要的变形

科学家们正在研究如何使镜子更耐温,并消除变形。然而,这项艰巨的任务只能在一定程度上发挥作用。位于耶拿的夫琅和费应用光学和精密工程研究所的研究人员正在寻求一种完全不同的方法。

夫琅和费IOF的克劳迪娅·莱因莱因博士解释说:“我们已经开发了一种镜子,它不能防止激光造成的变形,但可以纠正它。”“通过故意将镜子加热到精确控制的水平,我们就可以通过激光来平衡不必要的变形。”

这位科学家与来自夫琅和费工业技术学院和伊尔梅瑙理工大学的同事合作,设计了一种陶瓷镜子,正面有一层铜,内置温度传感器和灯丝。当激光束加热镜子时,传感器就会检测到变化。软件计算镜子因热而变形的强度,并通过灯丝发送相应的电流。

这些热量相应地增加,平衡了不必要的变形。在镜子的背面,研究人员安装了一个压电层,它也可以使镜子变形,并纠正所有可能破坏激光束的进一步误差。科学家们已经开发出了这种镜子的原型,并将于5月20日至22日在法兰克福(3号展厅,D50展位)举行的Optatec贸易博览会上展示它。目前,研究人员仍然需要手动控制该系统,但在未来,镜子应该能够自动纠正变形。

激光是卫星的“守护天使”

可变形镜的应用不仅限于工厂:卫星也将从这一突破中受益。如果卫星与较大的尘埃颗粒相撞,它们可能会遭受严重损害。在不久的将来——大约5到10年后——一束激光束可以保护它们免受这种危险:如果一束高功率激光对准尘埃粒子,激光束可以将尘埃粒子向外推,并改变其路径,以避免与卫星相撞。

然而,一个问题是大气湍流会改变激光束;这就是变形镜可以派上用场的地方。首先,研究人员将一束单独的激光发射到大气中,分析湍流是如何改变它的。基于这些数据,他们可以使用纤维和压电层使镜子变形,这样激光束就能以正确的焦点击中尘埃粒子。


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