Зеркало с изменяемой формой позволит управлять лучами мощных лазеров

В научной фантастике достаточно распространен сюжет, когда главный герой при помощи небольшого зеркала или осколка зеркала отражает луч лазерного оружия и направляет его назад, в сторону злодея. Как бы интересно это не выглядело бы на киноэкране, с точки зрения законов физики такое практически невозможно, ведь отражение и фокусировка лучей мощных лазеров является совсем непростым делом. Луч света мощного лазера быстро нагревает участок низкокачественного зеркала, в результате чего он деформируется и рассеивает лазерный свет в лучшем случае, а в худшем - просто разрушается. Для борьбы с этой проблемой специалисты из института Фраунгофера разработали зеркало-линзу, которая способна изменить свою форму, производя компенсацию локального нагрева и других факторов, вызывающих оптические искажения, препятствующие фокусировке луча лазерного света.

Идеальным вариантом в любой лазерной технике является фокусировка луча лазера в крошечное пятно на поверхности выбранной цели, что позволит сконцентрировать большое количество энергии на этом пятне или реализовать более точное позиционирование луча. К сожалению, все зеркала, используемые для управления и фокусировки луча, сами далеко не идеальны. Независимо от того, насколько точно выдержана форма и качественно отполирована поверхность зеркала, оно, это зеркало, не способно отразить полностью весь лазерный свет. Некоторая часть энергии лазерного луча будет поглощена зеркалом в области точки контакта, что приведет к нагреву материала зеркала, его тепловому расширению и искажению отражаемого луча. Увеличение мощности лазера не приносит положительного результата, ведь это приводит к еще большему нагреву зеркала и к еще большему искажению отраженного света.

Одним из способов решения проблемы тепловой деформации зеркала является изготовление зеркал из специализированных материалов, обладающих очень высокой теплопроводностью и имеющих очень низкий коэффициент теплового расширения. Такие зеркала в теории могут отражать луч мощного лазера, практически не искажая его, но поиски подходящих для материалов ведутся не очень успешно и по сей день. Новый подход, разработанный в институте Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF), заключается в создании зеркала, которое само в состоянии определить возникающую деформацию и изменить свою форму для ее компенсации.

"Мы разработали зеркало, которое не предотвращает тепловую деформацию от света лазера, оно полностью ее компенсирует" - рассказывает доктор Клодия Реинлеин (Dr. Claudia Reinlein), - "Компенсация реализуется за счет управляемого с высокой точностью искусственного локального нагрева некоторых областей зеркала и использования пьезоэлектрического эффекта".

Зеркало с изменяемой формой изготовлено из особой керамики, покрытой слоем меди. Внутри материала зеркала расположена сеть датчиков температуры и нитевидных нагревательных элементов. Когда луч лазера попадает на поверхность зеркала, датчики температуры регистрируют нагрев и указывают его область, после чего система включает нагреватели в соответствующих местах зеркала, что заставляет зеркало выгибаться в обратном направлении, компенсирую тепловую деформацию. И все вышеперечисленное делается очень быстро в автоматическом режиме.

Согласно мнению специалистов мощная лазерная система с новыми "умными" зеркалами может использоваться для оснащения космических аппаратов лазерным оружием, которое можно будет использовать для разрушения и уборки космического мусора. Возможность точной фокусировки лазерного луча позволит резать на части при помощи лазера достаточно большие куски мусора, при этом, делать это с достаточно большой дистанции и с минимальными затратами энергии. Кроме того, зеркала с изменяемой формой могут послужить для компенсации атмосферных искажений лазерного луча, передающего информацию с наземной станции в космос или на другую наземную станцию, находящуюся на удалении от первой в тысячи километров.

Источник