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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Optik. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zum Richten und
Korrigieren von Hochleistungsstrahlen aus elektromagnetischer Energie.
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Beschreibung des einschlägigen Stands
der Technik
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Gerichtete
Energiewaffen und insbesondere Hochenergie-Laser-(HEL)-Waffen werden
für eine Vielzahl
von militärischen
Anwendungen in Bezug auf eine Vielzahl von Plattformen, z. B. Raum-,
Luft- und Bodensysteme, um nur einige zu nennen, in Betracht gezogen.
Diese Waffen beinhalten im Allgemeinen die Verwendung des Lasers
oder einer anderen Quelle eines hochenergetischen Strahls, um ein Ziel
zu verfolgen und zu zerstören.
Um Kampfauftragsziele zu erreichen, müssen gerichtete Energiewaffen
exakt gesteuert und optimal fokussiert werden. Der Lenkvorgang beinhaltet
eine Visierliniensteuerung, während
der Fokussiervorgangs in Bezug auf HEL-Waffen eine Wellenfrontfehlerkorrektur
beinhaltet. Moment wird eine Wellenfrontfehlerkorrektur typischerweise
unter Verwendung einer Adaptivoptik erreicht. Der derzeitige Stand
der Technik der Laserstrahlsteuerungs-Adaptivoptik setzt voraus,
dass ein oder mehrere verformbare Spiegel innerhalb des Bereichs
des Strahlwegs mit der höchsten
Intensität
angeordnet werden. Bei dem herkömmlichen
verformbaren Spiegel handelt es sich typischerweise um ein großes Element
mit einer dünnen
Außenschicht
und einer Anzahl von piezoelektrischen Aktuatoren. Die Aktuatoren
sind hinter der Außenschicht
positioniert und üben
auf deren Oberfläche
Druck – und
Ziehkräfte
aus, um die zum Korrigieren der Wellenfrontfehler in einem aktuellen
Strahl notwendige Verformung vorzunehmen. Bei der Größe des aktiven
Bereichs des verformbaren Spiegels muss die vollständige Größe des Hochleistungs-Laserstrahls
im Hochleistungs-Coudé-Strahlengang
vor der Ausbreitung über ein
Ausgabeteleskop berücksichtigt
werden.
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Darüber hinaus
können
ein oder mehrere schnelle (hochtemporale Bandbreiten-) Lenkspiegel verwendet
werden, um eine Neigung zu korrigieren und die Visierlinie zu richten.
Ein Aufhängering
eines unteren Bandbreitenverlaufs kann ebenfalls verwendet werden,
um auch Visierlinienfehler zu korrigieren. Eine Mehrzahl von Wellenfrontsensoren
wird typischerweise entlang einem die Apertur teilenden Element
(ASE) verwendet. Das ASE ermöglicht,
dass ein einzelner optischer Weg bzw. Gang und eine Apertur für sowohl
die Niedrigleistungssensoren als auch den Hochleistungs-Ausgangsstrahl
vorteilhaft verwendet werden können,
wobei sichergestellt wird, dass der korrigierte Weg mit dem identisch
ist, der durch den Hochleistungsstrahl genommen wird.
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Leider
gestaltet sich die Verwendung von empfindlichen optischen Geräten auf
dem Weg eines Hochleistungsenergiestrahls problematisch. Dies ist darin
begründet,
dass der Hochenergiestrahl das optische Element erwärmt und
verzerrt, wenn das Element nicht aktiv gekühlt wird oder eine Beschichtung mit
einem sehr geringen optischen Absorptionskoeffizienten aufweist.
Die haltbarsten Beschichtungen erfordern ein Hochtemperatur-Aufbringungsverfahren.
Die verformbaren Spiegel werden typischerweise beschichtet, nachdem
die Außenschicht
mit den Aktuatoren verbunden worden ist, wodurch die maximale Temperatur
begrenzt wird, der die verformbare Spiegelanordnung ohne Verschlechterung
der Verbindung ausgesetzt werden kann. Daher müssen die Beschichtungen möglicherweise
bei einer Temperatur aufgebracht werden, die geringer ist als die
optimale Temperatur, wobei aufwändigere
Beschichtungsverfahren angewendet werden, wodurch die Dauerhaftigkeit
reduziert und/oder die Herstellungskosten erhöht werden.
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Darüber hinaus
werden herkömmliche
adaptiv-optische Systeme unter Verwendung von verformbaren Spiegeln
in ihrer Leistung eingeschränkt.
Herkömmliche
verformbare Spiegelsysteme sind in Bezug auf die Geschwindigkeit,
mit der die Spiegelansteuerungssignale berechnet werden, und die
Reaktionsgeschwindigkeit des verformbaren Spiegelmechanismus zum
Korrigieren von Aberrationen eingeschränkt. Zudem liegt auch in Bezug
auf die Anzahl der Aktuatoren, die verwendet werden können, eine Einschränkung vor.
Die Anzahl der Aktuatoren, die verwendet werden können, bestimmt die
Auflösung oder „Ordnung" des Spiegels. Der
Hub des herkömmlichen
verformbaren Spiegels ist eingeschränkt. Der „Hub" bezieht sich auf den Betrag der Spiegeloberflächen-Ablenkung,
die erreicht werden kann, bevor entweder die piezoelektrischen Aktuatoren
deren dynamischen Bereich überschreiten,
oder die Außenschicht,
zu versagen beginnt. Ferner kann ein herkömmlicher, verformbarer Spiegel
mit durchgehender Außenschicht
eine Symptomatik im räumlichen
Phasenmuster wie einen Verzweigungspunkt oder eine abrupte Phasendiskontinuität nicht
korrigieren. Bei einem Verzweigungspunkt handelt es sich um eine „Singularität" in einem stark szintillierten Phasenmuster,
die eine durch atmosphärische
Verwirbelung über
einen langen Ausbreitungsweg hinweg verursacht wird, bei der die
Phase monoton um eine Null-Amplitudenpunkt wie ein Korkenzieher
ansteigt, wodurch eine abrupte 2π-Phasenkorrektur
innerhalb des räumlichen
Phasenmusters notwendig wird. Abrupte Phasendiskontinuitäten können durch die
optischen Diskontinuitäten
zwischen Segmenten eines Multisegment-Primärspiegels bewirkt werden.
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Im
US-Patent 5,694,408 , das
am 2. Dezember 1997 erteilt wurde, wird offenbar durch Bott, Rice und
Zediker ein System offenbart, das ermöglicht, dass das verformbare
Element in den eine geringe Intensität aufweisenden Bereich zwischen
einem Hauptoszillator und einem Array aus Faserleistungsverstärkern platziert
werden kann. Der Lösungsansatz
beinhaltet ein vorheriges Verzerren der Phase der dünnen Oszillatorstrahlen
nach einer Trennung in einem Verteilungsnetz und vor einem Einführen in das
Faserverstärker-Array,
so dass die vorläufige Verzerrung
sowohl den Kolbenfehler zwischen den einzelnen Fasern als auch den
optischen Aberrationen in der Atmosphäre korrigiert. Dieses System
ist jedoch nur mit einem zusammenhängend kombinierten Array aus
Einzelmodus-Faserverstärken
umsetzbar, wobei ein jeweiliger Faserkanal nur in Bezug auf den
Kolben, nicht auf eine hohe Ordnung korrigierbar ist. Zudem ist
dieses System nicht auf ein Multimodus-Lasermedium wie Faserverstärker mit
einem großen
Kern oder Hochleistungslaser, wie sie für Waffen-HEL-Geräte in Betracht
gezogen werden, anwendbar und kann aufgrund eines zufälligen Hochfrequenz-Phasenrauschens,
das durch pumpeninduzierte Temperaturschwankungen innerhalb der
Fasern bewirkt werden kann, nicht auf Hochleistungswerte skaliert
werden.
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Im
US-Patent 5,090,795 , das
am 25. Februar 1992 erteilt wurde, werden durch O'Meara und Valley offenbar
mehrere verwandte Systeme zur Verwendung eines Flüssigkristall-Lichtventils
(LCLV) in einem selbstkorrigierenden adaptiven optischen System
offenbart. Bei diesem Lösungsansatz
wird jedoch das LCLV im Hochleistungs-Strahlengang angeordnet, und ist daher
durch die Schadensanfälligkeit
des Flüssigkristallmaterials
beschränkt.
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Damit
ein raumbasiertes Laser-HEL-Strahlrichtgerät wirksam und bezahlbar ist,
kann es beispielsweise einen Leichtgewichts-Primärspiegel aufweisen, der größer ist
als der Durchmesser des Schutzblechs des Trägervehikels. Dadurch wird ein Spiegelentwurf
erforderlich, der während
des Starts der Rakete zusammenklappbar und beim Absetzen im Wellraum
ausfahrbar ist. Ein derart ausfahrbarer, segmentierter Spiegel wird
aufgrund der eine geringe Steifigkeit aufweisenden Pedale und der
physikalischen Anordnung des Ausfahrmechanismus erhebliche figurbedingte
sowie statische und dynamische Kolbenphasenfehler aufweisen.
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Zum
Erfassen des ausgehenden Wellenfrontfehlers in einem Primärspiegel
ist ein Verfahren entwickelt worden, das holographische optische
Elemente (HOEs) verwendet, die auf der Oberfläche des primären Spiegels
gebildet werden, siehe beispielsweise G. Golnick „Directed
Energy Systems",
The Infrared and Electro-Optical Handbook, Band 8, Kapitel 5, ERIM,
Ann Arbor, MI, Seiten 441–442
(1993) für eine
Beschreibung des Abtastens einer Primärspiegel- Wellenfront unter
Verwendung von holographischen optischen Elementen. Dieser Lösungsansatz zum
Erfassen einer Wellenfront ist ebenfalls auf große segmentierte Primärspiegel
für Raumanwendungen
angewendet worden. Bei adaptiven optischen Teilsystementwürfe ist
bis dato die abgetastete, ausgehende Wellenfront aus diesen HOEs,
verwendet worden, doch wird dabei ein herkömmlicher Servo-Steuer- bzw.
Regelkreis um die herkömmliche, durchgehende
Außenschicht
der verformbaren Spiegel herum, die in den Coudé-Strahlengang des Hochleistungsstrahls
eingefügt
werden, geschlossen. Leider ist dieser Lösungsansatz auf die Leistung
der herkömmlichen
Technologie verformbarer Spiegel beschränkt, insbesondere auf den eingeschränkten Hub
und die Unfähigkeit,
Diskontinuitäten
der Phase zu berücksichtigen,
die durch die Pedalgelenke erzeugt werden. Dieser Lösungsansatz
erfordert, dass das segmentierte optische Element seine absolute Phase
und seine eingeschränkte
Segment-Segment-Neigung beibehält,
um innerhalb der Steuerungskapazität des verformbaren Spiegels
zu verbleiben.
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Im
US-Patent US 2003/0062468
A1 , das am 1. September 2001 durch R. W. Byren und A. F.
Trafton mit dem Titel „SYSTEM
AND METHOD FOR EFFECTING HIGH-POWER BEAM CONTROL WITH ADAPTIVE OPTICS
IN LOW POWER BEAM PATH" eingereicht
wurde, beschreiben Byren und Trafton mehrere Strahlsteuerungsarchitekturen,
die die Wellenfrontumkehreigenschaft einer nichtlinearen Phasenkonjugation
verwenden, um ein photonisches verformbares Element in einem Niedrigleistungs-Hauptoszillator-Strahlenweg
zu positionieren, um die adaptive optische Korrektur vorwiegend
für taktische
HEL-Anwendungen auszuführen.
Obgleich diese Architektur effektiv ist, wenn integrierte Lokal- und
Zielschleifen-Adaptivoptiken verwendet wird, geht sie die Bedürfnisse
der aktuellen und vorgeschlagenen raumbasierten Anwendungen leider
nur unzureichend an.
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Das
US-Patent 4,326,800 offenbart
ein Autoausrichtungssystem für
Hochenergielaser, wobei ein eine geringe Energie aufweisender Referenzstrahl am
Scheitelpunkt eines Hauptspiegels vorgesehen ist, der mit einem
Gitter versehen ist, um eine geringe Energie aufweisende, holograhische
Replika bzw. Nachbildungen des Hochenergiestrahls zu beugen. Das
System beinhaltet einen Wellenfrontsensor, der das Wellenfrontprofil
der eine geringe Energie aufweisende Nachbildungen analysiert und
Steuerungssignale erzeugt, die einen verformbaren Spiegel betätigen, um
fehlerhafte Wellenfrontaberrationen zu korrigieren. Das
US-Patent 4,724,404 offenbart
ein adaptives Lasersystem, das einen adaptiven Laser, einen Wellenformsensor,
einen Amplitudenverteilungssensor und einen Prozessor zum Umwandeln von
Daten aus den Sensoren in Befehle zum Steuern der Wellenform eines
Laserstrahls beinhaltet. Der Prozessor bestimmte Aktuatorbefehle
zum Verformen des Hauptspiegels des Lasers.
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Dementsprechend
bleibt in der Technik die Notwendigkeit für ein System und ein Verfahren
zum Vornehmen einer ausgehenden Wellenfrontabtastung und Korrektur
für raumbasierte
und andere HEL-Anwendungen bestehen.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die
in der Technik bestehende Notwendigkeit wird durch das Strahlsteuersystem
der in den Ansprüchen
wiedergegebenen vorliegenden Erfindung angegangen.
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In
einer spezifischen Implementierung sieht ein Hauptoszillator einen
eine geringe Leistung aufweisenden Referenzstrahl vor, der das optische
Phasenarray beleuchtet und ein von einem Strahlenweg-Wellenfrontfehler
korrigiertes Signal als Reaktion dazu bereitstellt. Nach dem Abtasten
der refraktiven Verzerrung in einem die Apertur teilenden Element
(ASE) beleuchtet das von einem Strahlenweg-Wellenfrontfehler korrigierte
Signal die Rückseite
des ASE und wird von der vorderen Oberfläche des Elements rückreflektiert.
Dieses Signal wird wiederum durch den ersten Phasenkonjugationsspiegel konjugiert
und durch das ASE an den zweiten Phasenkonjugationsspiegel übertragen.
Der zweite Phasenkonjugationsspiegel konjugiert das übertragene Signal,
wodurch der Effekt des ersten Phasenkonjugationsvorgangs aufgehoben
wird. Dieses Signal wird dann verstärkt und von der vorderen Oberfläche des
ASE frontreflektiert, um den ausgegebenen Strahl dem Strahlenricht-Teleskop
bereitzustellen, wo es auf das Ziel gerichtet wird. Da die vorderen
und hinteren Reflexionen von der vorderen Oberfläche des die Apertur teilenden
Elements Phasenkonjugationen voneinander sind, wird die reflektive
Verzerrung aufgrund dieses Elements, das durch den optischen Weg
des Zielverfolgungssensors nicht gemeinsam verwendet wird, entfernt.
Die refraktiven Verzerrungen, die durch den optischen Weg des Zielverfolgungssensors
nicht gemeinsam verwendet werden, wie in dem die Apertur teilenden
Element, dem Laserverstärker
und anderen optischen Elementen, werden in dieser Ausführungsform über die Wellenfrontumkehreigenschaften
des ersten und des zweiten Phasenkonjugationsspiegels ebenfalls
entfernt. Die restlichen optischen Verzerrungen im Laserstrahlweg
vom Hauptoszillator, die zum Ziel ausgegeben werden, sind daher
im Wesentlichen mit den optischen Verzerrungen vom Ziel zum Zielverfolgungssensor
identisch; und das auf das optische Phasenarray angelegte Korrektursignal
korrigiert zudem den Strahlungsweg für den Zielverfolgungssensor.
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Somit
schafft die Erfindung einen integrierten Phasenkonjugationslaser
und eine Adaptivoptik-Steuerungsarchitektur, die keine Zielkreis-Wellenfronterfassung
benötigt
und ein Abtastung einer ausgehenden Wellenfront des Strahlricht-Primärspiegels verwendet.
Die Erfindung integriert eine ausgehende Wellenfronterfassungsfunktion
innerhalb einer neuartigen Strahlsteuerungsarchitektur, die (1)
die Lokalschleifenkompensation auf das Strahlricht-Teleskop erweitert
und (2) keine aktive Zielschleifen-Adaptivoptikfunktion erfordert,
um die ausgehenden Wellenfrontfehler zu korrigieren. Dies ist insbesondere
für die
SBL-Mission von Bedeutung, wo die Reichweite zum Ziel sehr lang
ist und die Zielbewegung während der
Hin- und -Rücklaufzeit
der Photonen im Vergleich zum Korrelationsabstand für atmosphärische Störungen erheblich
ist. Für
diese Anwendung sollten die Ziel-Schleife und die Korrekturen der
ausgehenden Wellenfront unabhängig
sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Diagramm eines Strahlsteuersystems, das gemäß herkömmlicher Lehren implementiert
ist, wobei die Figur eine Aberrationskorrektur eines Primärspiegels
unter Verwendung einer holographischen Phasensubtraktion in einem
optisch adressierten Modulator für
räumliches
Licht darstellt.
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2 ist
ein Diagramm eines Strahlsteuersystems, das einen integrierten Phasenkonjugationslaser
und eine adaptive optische Architektur unter Verwendung einer Gitterraute
zum Abtasten einer Lokalschleifen-Wellenfront und für eine photonische Wellenfrontkorrektur
in Niedrigleistungs-Zielschleifen- und Hauptoszillatorstrahlwegen
gemäß den Lehren
der Anmeldung von Byren et al., auf die vorstehend Bezug genommen
wurde, darstellt.
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3 ist
ein Diagramm eines Strahlsteuersystems, das eine Korrektur einer
unabhängigen Zielschleife
und einer ausgehenden Wellenfront unter Verwendung eines holographischen
Abtastens an einem Primärspiegel,
einer Phasenkonjugation und einer adaptiven Optik in einem Niedrigleistungs-Strahlweg
darstellt.
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4 ist
ein Diagramm eines Strahlsteuersystems, das eine Korrektur einer
ausgehenden Wellenfront unter Verwendung eines holographischen Abtastens
an einem Primärspiegel,
einer Phasenkonjugation und einer adaptiven Optik in einem Niedrigleistungs-Strahlweg
ohne Zielschleifen-Wellenfrontkorrektur darstellt.
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5 ist
ein Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Strahlsteuersystems,
das gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung implementiert ist, die eine ausgehende
Wellenfrontsteuerung unter Verwendung der beiden Phasenkonjukationsschenkel
darstellt.
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6 ist
ein Diagramm eines Strahlsteuersystems, das eine ausgehende Wellenfrontkorrektur unter
Verwendung einer Echtzeitholographie und einer Phasenkonjugation
darstellt.
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Beschreibung der Erfindung
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen
und beispielhaften Anwendungen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnungen,
um die vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme auf die veranschaulichenden Ausführungsformen
für spezielle
Anwendungen beschrieben wird, wird darauf hingewiesen, dass die
Erfindung nicht auf diese beschränkt
ist. Fachleute mit Durchschnittskenntnissen und Zugriff auf die
hierin angeführten
Lehren erkennen zusätzliche
Modifizierungen, Anwendungen und Ausführungsformen innerhalb des
Schutzbereichs derselben und zusätzliche
Gebiete, in denen die vorliegende Erfindung von erheblichem Nutzen
wäre.
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Die
vorliegenden Lehren werden unter anfänglicher Berücksichtigung
der nachstehenden Angaben verdeutlicht.
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Kompensierte Bilderzeugung durch Echtzeitholographie
mit optisch adressierten Flüssigkristall-Modulatoren
für räumliches
Licht
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Mehrere
Gruppen haben eine Aberrationskorrektur für große Primärspiegel und atmosphärische Verwirbelungen
unter Verwendung von holographischen Echtzeitverfahren demonstriert,
die auf optisch adressierten Modulatoren für räumliches Licht (OASLMs) basiert
sind (siehe z. B. „Compensated Imaging
by Real-Time Holography with Optically Addressed Liquid-Crystal
Spatial Light Modulators" von
M. Gruneisen, K. Peters und J. Wilkes, veröffentlicht bei der SPIE, Bd.
3143, 0277-768X, Seiten 171–181,
(1997); „White
Light Imaging using Large Numerical Aperture Telescope with Dynamic
Holographic Correction for Primary Mirror Distortions", von M. Vasil, V.
Berenberg, A. Leschev, P. Semenov und V. Venediktov, veröffentlicht
bei der SPIE Conference of Artifkial Turbulence for Imaging and
Wave Propagation, San Diego, CA, SPIE Band 3432, 0277-768, Seiten
164–170
(1998) und "Atmosphericturbulence
Compensation with Self Referenced Binary Holographic Interferometry" von S. Ma, D. Guthals, P.
Hu und B. Campbell, veröffentlicht
in der J. Optical Soc. Am. A, Band 11, Nr. 1, Seiten 428–433, (1994).
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Das
in 1 gezeigte System ist repräsentativ für die Arbeit von Gruneisen,
Peters und Wilkes und anderen auf diesem Gebiet. In dieser Ausführungsform 100 wird
eine optische Aberration auf einem optisch adressierten Modulator
für räumliches Licht
(OASLM) 136 mit einem Paar von Laserstrahlen aufgezeichnet.
Ein Strahl 135 weist ein ebenes Wellenphasenprofil auf
und dient als der „Referenz"-Strahl. Der andere 137 weist
eine Phasenfront auf, auf der die Aberration 144 des verzerrenden
Elements, das korrigiert werden soll, verschlüsselt ist. Diese Strahlen werden
dazu gebracht, am OASLM 136 zu interferieren, und die daraus
resultierenden dunklen und hellen Interferenzstreifen werden durch eine
lichtempfindliche Schicht (Photoleiter oder Photodiode) innerhalb
des OASLM 136 erfasst, der die optischen Ränder in
ein elektrisches Feldprofil umwandelt. In der Holographie ist dies
als „Lese"-Prozess bekannt.
Das räumlich
variierende elektrische Feld „schreibt" dann das Interferenzmuster
auf eine nematische oder ferroelektrische Flüssigkristallschicht, die auf
das variierende Feldprofil durch Umorientierung der Richtung der
Moleküle
des Flüssigkristallmaterials
reagiert. Diese Umorientierung des Flüssigkristallschicht ändert die
Phase (nematischen Flüssigkristalle)
oder die Polarisierung (ferroelektrische elektrische Kristalle)
eines durch sie hindurchgelangenden „Schreib"-Strahls.
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Eine
reflektierende Schicht, die zwischen der lichtempfindlichen Schicht
und der Flüssigkristallschicht
angeordnet ist, isoliert die lichtempfindliche Oberfläche und
ermöglicht,
dass der „Schreib"-Strahl das Flüssigkristall
doppelt passieren kann, wodurch dessen Phase oder Polarisierung
mit dem Interferenzmuster verschlüsselt wird, das in der Flüssigkristallschicht
aufgezeichnet ist. Eine Polarisierer-/Analysiererkonfiguration (nicht
gezeigt) kann mit ferroelektrischen Flüssigkristallen verwendet werden,
um eine Polarisierungsmodulation in eine Phasenmodulation umzuwandeln.
In der Figur handelt es sich bei dem „Schreib"-Strahl um den verzerrten Strahl aus
dem Teleskop und bei dem korrigierten Strahl um den gebeugten Strahl
erster Ordnung aus dem OASLM 136, der ebenfalls durch die
reflektierende Innenschicht reflektiert wird. Eine ausführliche
Beschreibung dieses „holographischen
Phasensubtraktions"-Vorgangs,
der experimentellen Vorrichtung, der OASLM-Vorrichtung und Kompromisse
und der empirischen Daten wird durch Gruneisen et al. in der Entgegenhaltung
erwähnt
und hierin nicht wiederholt.
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Die
in der Technik bekannten holographischen Aberrationskorrekturverfahren
bieten eine sehr wirksame Möglichkeit
zum Implementieren einer adaptiven optischen Schleife ohne die Komplexität und Latenz,
die einem elektronischen Prozessor einer adaptiven Optik zugeschrieben
ist. Obgleich dieser Lösungsansatz
zum Korrigieren von Aberrationen in Niedrigleistungssystemen nützlich ist,
wird er bei der Verwendung von Hochleistungslasern nicht so ohne
Weiteres zur Aberrationskorrektur übernommen.
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Wellenfrontabtastung unter Verwendung
von holographischen optischen Elementen
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Im
US-Patent 4,326,800 mit
dem Titel „Laser Beam
Wavefront and Line of Sight Correction" offenbart John Fitts ein Autoausrichtungssystem
und ein Wellenfrontkorrektursystem für Hochenergielaser, das "einen Primärspiegel,
der mit einem Gitter versehen ist, um holographische Niedrigenergie-Nachahmungen
bzw. -Replika des Hochenergiestrahls zu beugen" verwendet. Die Autoausrichtungs- und
Wellenfrontsteuerungssysteme, die in diesem Patent beschrieben sind,
sind ansonsten herkömmlicher
Beschaffenheit, und auf eine wiederholte Erläuterung derselben hierin wird
daher verzichtet. Der Lösungsansatz
setzt voraus, dass herkömmliche,
verformbare optische Elemente wie verformbare Spiegel mit einer
durchgehenden Außenschicht
in den Hochleistungsstrahlweg versetzt werden können, um die ausgehende Wellenfront
zu korrigieren, und bewirkt daher, dass alle mit diesen Elementen
in Verbindung gebrachten Einschränkungen
vorliegen.
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Integrierter Phasenkonjugationslaser und
adaptive optische Architektur
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2 zeigt
eine Implementierung einer Hochenergielaser-(HEL)-Strahlsteuerungsarchitektur,
die gemäß den Lehren
der Patentanmeldung von Byren et al., auf die vorstehend Bezug genommen wurde,
implementiert ist. Wie vorstehend in der Patentschrift, auf die
vorstehend Bezug genommen wurde, ausführlicher diskutiert wird, nutzt
dieses System 200 die Umkehreigenschaften der Wellenfront der
nichtlinearen optischen Phasenkonjugation, um photonischen räumlichen
Phasenmodulatoren (z. B. optischen Phasenarrays) zu ermöglichen,
innerhalb der Niedrigleistungsbereiche den Strahlenwegs angeordnet
zu werden, um eine adaptive optische Korrektur von Ziel- und Lokalschleifen-Wellenfrontfehlern
zu bewirken. Bei diesem System werden Aberrationen innerhalb eines
Hauptoszillatorwegs und die nicht gemeinsamen Wegfehler innerhalb eines
Outcoupler bzw. Auskoppler- und die Apertur teilenden Elements (Outcoupler/ASE) 240 mit
einer Gitterraute 246 abgetastet und durch ein Paar von
Wellenfrontsensoren erfasst, einem 248 für den HEL
und einem 249 für
das Outcoupler/ASE.
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In
diesem System sind die Funktionen des HEL-Auskoppler- und die Apertur
teilenden Elements in einem einzigen optischen Element (Auskoppler/ASE) 240 kombiniert
worden, wodurch auf eine der transmissiven Hochleistungsoptiken
verzichtet wird, die normalerweise in einem solchen System erforderlich
ist. Ein adaptiv optischer Prozessor 280 verwendet den
Wellenfrontfehler von einem Zielwellenfrontsensor 270,
um eine Servoschleife um einen photonischen Modulator für räumliches
Licht (der ein optischen Phasenarray (OPA) 250 oder ein
elektromechanisches Mikrosystem (MEMS) sein kann) zu schließen, der
den Wellenfrontfehler am Ziel-Wellenfrontsensor 270 nulliert
und das Ziel-Verfolgungssensorbild korrigiert. Eine Referenz-Phasenfront
für den ausgehenden
HEL-Strahl 203 wird durch Subtrahieren des Phasenprofils,
das anhand des Wellenfrontsignals ermittelt wird, das durch den
ASE-Wellenfrontsensor 249 gemessen wird, von der Phasenkorrektur,
die an das OPA 1 (250) angelegt wird, berechnet. Der adaptive
optische Prozessor 280 schließt dann eine zweite Servoschleife
um die OPA 2 (282), um die Phasenfront anzusteuern, die am HEL-Wellenfrontsensor 248 gemessen
wird, so dass diese mit der so berechneten Referenenz-Phasenfront
identisch sind. Wenn diese Schleife ordnungsgemäß geschlossen wird, weist der
HEL-Ausgangsstrahl 203 die korrekte Vor-Verzerrung auf,
um die atmosphärische
Verwirbelung zu kompensieren, ohne Phasenfrontartefakte aufgrund
der nicht gemeinsamen Wege durch den ASE/Auskoppler 240 oder
den Leistungsverstärker-Phasenkonjugationsschenkel
(Leistungsverstärker 288 und
Phasenkonjugationsspiegel 292).
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Bei
diesem Lösungsansatz
wird der Ziel-Wellenfrontsensor 270 stets nahe null betrieben, wodurch
sichergestellt wird, dass die adaptive optische Leistung sogar unter
Bedingungen mit einem geringen Signal-Rauschverhältnis (SNR) akzeptabel bleibt.
Nur der hohe Signalrauschverhältnis-HEL-Wellenfrontsensor 248 und
ASE-Wellenfront-Sensor 249 werden
außerhalb
null betrieben. Sowohl (250) als auch OPA 2 (282)
werden in der Weise einer geschlossenen Schleife bzw. Regelkreises
angesteuert. Für
einige Anwendungen kann der adaptive optische Prozessor 280 auch
das korrekte Vor-Verzerrungssignal unter Verwendung von in der Technik
bekannten deterministischen oder stochastischen Schätzungsverfahren
berechnen, das vorgesehen sein kann, um der Latenz in den erfassten Wellenfronten
(Vorwärtskopplung),
Versetzungen zwischen der Position der Wellenfronterfassungsbeleuchtungs-Signalleuchte
auf dem Ziel und dem gewünschten
anvisierten Punkt und anderen Effekten entgegenzuwirken. Für die meisten
adaptiven optischen Anwendungen ist es vorteilhaft, die verformbare
Elemente und Wellenfrontsensoren an Pupillenpunkten innerhalb des
optischen Wegs anzuordnen. Dadurch wird eine gute Abbildung des
erfassten Wellenfrontfehlers auf die Pixel einer OPA sichergestellt, die
zum Korrigieren dieses Fehlers verwendet wird. Die Pupillenübertragungsoptik
kann daher im optischen Weg verwendet werden, die in der Figur nicht gezeigt
ist. Für
die meisten adaptiven optischen Anwendungen ist es zudem ebenfalls
vorteilhaft, die brechenden Strahlteilungselemente, die innerhalb des
Hochleistungsstrahlungswegs angeordnet sind, wie z. B. das ASE und
der Auskoppler, mit relativ kleinen Einfallswinkeln (Winkel zwischen
Oberflächennormale
und einfallendem Strahl) zu betreiben. Obgleich diese Architektur
wirksam ist, wenn eine integrierte adaptive Optik für Lokal-
und Zielschleifen verwendet wird, wird sie leider den Anforderungen
von modernen Satellitenbasis-Laseranwendungen (SBL) nicht gerecht.
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3 zeigt
ein beispielhaftes Strahlsteuerungssystem, das auch eine unabhängige Zielschleifen-Adaptivoptikfunktion
beinhaltet. Diese Architektur 300 ist dem System des Stands
der Technik dahingehend ähnlich,
dass die Funktionen des HEL-Auskopplerelements
und des die Apertur teilenden Elements zu einer Optik 340 kombiniert
worden sind, und dass zwei OPAS 350, 382 verwendet
werden, um die Wellenfrontfehler in den Lokal- und Zielschleifen
zu korrigieren. Dieser Lösungsansatz
unterscheidet sich jedoch von dem vorstehend erwähnten Lösungsansatz im Wesentlichen
in zweierlei Hinsicht. Zunächst
sind die Lokalschleifen- und Zielschleifen-Adaptivoptikfunktionen
vollkommen unabhängig voneinander.
Zweitens wird die ausgehende Wellenfront vom HEL-Strahl auf der
Ausgangsseite eines Strahlricht-Teleskops 310 unter Verwendung
von holographischen optischen Elementen (HOEs) 318 abgetastet,
die direkt auf einem Primärspiegel 316 derselben
erzeugt werden. Für
die segmentierten und/oder ausfahrbaren Primärspiegel, wie sie für ein raumbasiertes
Objektiv-HEL-System vorgesehen sind, sollte jedes Pedal des Primärspiegels 316 einen oder
mehrere HOEs aufweisen, um sowohl die Figurfehler innerhalb eines
Segments als auch die Kolbenfehler zwischen den Segmenten zu messen.
Die Kolbenfehler sind mit einem herkömmlichen verformbaren Spiegel
mit einer durchgehenden Außenschicht aufgrund
der abrupten Phasendiskontinuitäten
nicht korrigierbar. Da nichtmechanische, photonische, räumliche
Phasenmodulatoren wie OPAS und elektromechanische Mikrosysteme (MEMs)
abrupte Phasendiskontinuitäten
eines willkürlichen
Ausmaßes bewältigen können, sind
sie jedoch ideal geeignet zur Lösung
dieses ausgehenden Wellenfrontkorrekturproblems mit ausfahrbaren
und/oder segmentierten Spiegeln.
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Weil
die ausgehende Wellenfrontkorrekturfunktion von der Zielschleife
abhängig
ist, kompensiert sie keine Wellenfrontstörungen, die über das Strahlricht-Teleskop
hinausgehen. Zum Nachteil für raumbasierte
Raketenabwehranwendungen sind die Wellenfrontstörungen in der Ziel-Schleife
minimal aufgrund eines mangelnden dichten intervenierenden atmosphärischen
Wegs und der Tatsache, dass die Phasenfehler nahe des Zieles einen
minimalen Effekt auf das Strehl-Verhältnis des HEL-Strahls haben.
Die Geschwindigkeit des Ziels und die Länge des Strahlwegs sind so
beschaffen, dass sich die atmosphärischen Störungen, die durch einen aktiven Zielschleifen-Wellenfrontsensor
gemessen werden, nicht auf die Störungen beziehen würden, die
durch den HEL-Strahl
in der Nähe
des Ziels erfahren werden. Aus diesem Grund ist eine unabhängige ausgehende
Wellenfrontkorrekturfunktion vorteilhaft.
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Eine
relative Bewegung zwischen der Ziel- und der Host-Plattform kann
einen Führungswinkel erfordern,
der in der HEL-Zeigefunktion beinhaltet ist. Dies kann mit der ausgehenden
Wellenfront-Korrekturschleife durch Nullen des ausgehenden Wellenfrontsensorsignals
auf ein festgelegtes Neigungs-Referenzsignal erreicht werden. Diese
Funktion kann optisch implementiert werden, wenn ein interferometerbasierter
ausgehender Wellenfrontsensor 320 verwendet wird, wie ein
seitlich ausscherendes Interferometer, indem die Neigung eines dazugehörigen unabhängigen Referenzstrahls
(nicht gezeigt) gesteuert wird, oder kann innerhalb des Adaptivoptik-Prozessors 380 in
einer Software implementiert werden. In jeder Implementierung wird
ein Winkelversatz auf die OPA 2 (382) angewendet, die das
Hauptoszillatorsignal ablenkt, das in den Phasenkonjugationsschenkel eintritt,
wodurch bewirkt wird, dass der Hochleistungs-Laserstrahl abgelenkt
wird, damit der gewünschte
Führungswinkel
bewirkt wird.
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4 zeigt
ein weiteres System, bei dem auf die Zielschleifen-Wellenfrontkorrekturfunktion
verzichtet wird und Korrekturschleife eines nicht gemeinsamen Wegs
dem Zielverfolgungssensorweg hinzugefügt wird. Eine Korrektur der
ausgehenden HEL-Wellenfront ist mit der in 3 identisch,
wobei der OPA 2 (482) durch den Adaptikoptikprozessor 480 befohlen
wird, den ausgehenden Phasenfrontfehler, der durch den ausgehenden
Wellenfrontsensor erfasst wird, auf null zu nullen. Wenn diese Servoschleife
geschlossen wird, sorgt die Phasenfront des Hauptoszillatorsignals,
das in den Auskoppler/ASE 440 eindringt, dafür, dass
die nichtkonjugierten Figur- und Kolbenfehler mit dem Primärspiegel 440 sowie
der Phasenkonjugation des nicht gemeinsamen vertikalen Brechungswegfehlers
im Auskoppler/ASE 440 zugewiesen werden. Der Brechungsfehler
wird herausgenommen, wenn der Hauptoszillatorstrahl vertikal durch
den Auskoppler/ASE 440 gelangt. Die nichtkonjugierten Figur-
und Kolbenfehler des Primärspiegels 416 werden
innerhalb des PCM 492 konjugiert und bei Reflexion vom
Primärspiegel 416 korrigiert,
um den gewünschten
Planwellen-Ausgangsstrahl zu erzeugen.
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Eine
Korrektur des Bildes des Zielverfolgungssensors 460 für die Brechungskomponente des
nicht gemeinsamen Wegfehlers im Auskoppler/ASE 440 wird
wie folgt erreicht. Die konjugierte vertikale Komponente des nicht
gemeinsamen Brechungswegfehlers im Auskoppler/ASE 440 wird
eliminiert, da der Hauptoszillator vertikal aufwärts durch den Auskoppler/ASE 440 nach
einer Reflexion von der OPA 2 (482) gelangt. An diesem
Punkt wird ein kleiner Bereich dieses Strahls von der vorderen Oberfläche 443 des
Auskoppler/ASE 440 zurückreflektiert
und nimmt die horizontale Komponente des nicht gemeinsamen Brechungswegfehlers
in diesem Element auf. Das reflektierte Hauptoszillatorsignal reflektiert
dann von der OPA 1 (450), wenn es in eine Planwelle am
Oszillatorwellenfrontsensor durch die Servoeinrichtung des Adaptivoptikprozessors 480 umgewandelt
wird. Beim Nullen der Aberrationen im Hauptoszillatorsignal wird
die OPA 1 (450) konfiguriert, um die Verzerrung im Primärspiegel 416 sowie die
horizontale Brechungsverzerrung im Auskoppler/ASE 440 zu
korrigieren. Weil es sich dabei um die gleichen Verzerrungen handelt,
die durch den Zielverfolgungssensor 460 betrachtet werden,
wird das Zielbild für
eine beste Verfolgungsleistung ebenfalls durch die OPA 1 (450)
korrigiert. Es ist zu beachten, dass durch Nullen der durch den
Oszillatorwellenfrontsensor 470 erfassten Phasenfront auf
eine festgelegte Neigung und nicht auf Null der Adaptikoptikprozessor 480 einen
festgelegten Verfolgungsversatz oder Führungswinkel nach Bedarf einführen kann,
um die Effekte der relativen Zielbewegung auszugleichen, die an
früherer
Stelle beschrieben wurden.
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Eine
Korrektur der reflektierenden Komponente der verzogenen Oberfläche eines
nicht gemeinsamen Wegfehlers in der Auskoppler/ASE 440 wird
wie folgt erreicht. Für
den HEL-Ausgangsstrahl, der durch den ausgehenden Wellenfrontsensor 420 erfasst
wird, um frei von jeglicher Verzerrung einer verzogenen Oberfläche vom
Auskoppler/ASE zu sein, muss der verstärkte Strahl vom Leistungsverstärker-Phasenkonjugationsschenkel
(Leistungsverstärker 488 und
Phasenkonjugationsspiegel 492) vor dem Frontreflektieren
von der vorderen Oberfläche 443 des
Auskopplers/ASE 440 die Phasenkonjugation dieser an der
Front reflektierten Verzerrung einer vorderen Oberfläche beinhalten.
Der Hauptoszillatorstrahl, der in die Verstärkerstrahllinie eindringt,
muss daher über
die OPA 2 (482) mit der nichtkonjugierten Phasenfront im
Voraus verzerrt werden, so dass der HEL-Strahl sich in der richtigen
Phasenbeziehung nach einer Umwandlung durch den Phasenkonjugationsspiegel 492 befindet.
Der Bereich des Hauptoszillatorstrahls, der von der vorderen Oberfläche des Auskopplers/ASE
einer Rückreflexion
unterzogen wird, weist keine Verzerrungskomponente einer verzogenen
Oberfläche
auf, weil die rückreflektierte
Verzerrung die Phasenkonjugation der an der Front reflektierten
Verzerrung ist und die beiden sich vollkommen aufheben. Der Oszillatorwellenfronsensor
(470) erfasst daher nicht diese reflektierende Komponente eines
nicht gemeinsamen Wegs, und wird nicht durch die OPA 1 (450)
korrigiert. Das Ergebnis ist, dass die reflektierende Komponente
einer verzogenen Oberfläche
eines nicht gemeinsamen Wegs des Auskoppler/ASE-Fehlers, die durch
den Zielverfolgungssensor 460 nicht erfasst wird, nicht
in der Korrektur des Strahlwegs des Zielverfolgungssensors beinhaltet
ist und daher seine Leistung nicht nachteilig beeinflusst.
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3 und 4 wurden
erstellt, um den abgetasteten Strahl aus den HOEs darzustellen,
der in den ausgehenden Wellenfrontsensor durch ein Loch im Sekundärspiegel
des Strahlricht-Teleskops eindringt. Die Wellenfrontabtastung könnte im
Rahmen der vorliegenden Lehren auch erreicht werden, indem der Strahl,
der vom Primärspiegel
abgetastet wird, vom Sekundärspiegel
reflektiert wird, und indem ein Strahlteiler oder eine andere Einrichtung
verwendet wird, um die Strahlen im Coudé-Weg hinter dem Teleskop
aufzuteilen. Dieser Lösungsansatz kann
dann vorteilhaft sein, wenn die Abmessungen und das Gewicht der
Sekundärspiegelbefestigung und
das Gesamtgleichgewicht von Bedeutung sind.
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5 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung. In der Ausführungsform 500 von 5 wird
eine nicht gemeinsame Wegfehlerkorrektur mit einem zweiten Phasenkonjugationsschenkel erreicht,
wobei auf den Oszillatorwellenfrontsensor, die OPA 2 und ein Teil
der Funktionalität
des Adaptivoptikprozessors verzichtet wird, die in 3 und 4 verwendet
werden. In dieser Ausführungsform wird
der Hauptoszillator 552 in die Position des Oszillatorwellenfrontsensors 470 in 4 bewegt;
und sowohl die OPA 2 (482) als auch der Hauptoszillator 484 derselben
werden durch einen zweiten Phasekonjugationsspiegel 546 ersetzt.
Ein Vorverstärker 544 kann
im zweiten Phasenkonjugationsschenkel verwendet werden, um die Reflexionsverluste
im Auskoppler/ASE 540 auf dem vertikalen Strahlweg vom
zweiten Phasenkonjugationsschenkel bis zum ersten Schenkel aufzuheben,
der eine Leistungsverstärker-Strahllinie 554 beinhaltet.
Für bestimmte
Systemkonfigurationen kann diese HEL-Architektur Kosten- und Aufwandsvorteile
bieten.
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In
dieser Ausführungsform
sind das Abtasten und Erfassen der ausgehenden Wellenfront mit jenen identisch,
die unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurden, jedoch
wird die ausgehende Wellenfrontkorrekturschleife um die OPA 1 (550),
nicht die OPA 2 geschlossen. Eine Korrektur für den nicht gemeinsamen Wegfehler
im Auskoppler/ASE 540 folgt dem gleichen allgemeinen Lösungsansatz,
der früher beschrieben
wurde, doch mit einigen Unterschieden, die nachstehend erörtert wurden.
Der Hauptoszillator 552 wird zunächst von einem Strahlteiler 553,
dann von der OPA 1 (550) reflektiert wird, wo er die Konjugation
der Teleskopverzerrung sowie die Konjugation des horizontalen Bereichs
der Brechungskomponente eines nicht gemeinsamen Wegfehlers im ASE/Auskoppler 540 aufnimmt.
Der Strahl wird dann durch den Auskoppler/ASE 540 an die
vordere Oberfläche übertragen,
wo der Fehler, der dem refraktiven, horizontalen nicht gemeinsamen
Wegfehler zugeschrieben ist, korrigiert wird. Der Strahl nimmt dann
die Verzerrung der verzogenen Oberfläche aus dem Auskoppler/ASE 540 durch
Rückreflektieren von
der vorderen Oberfläche
dieses Elements auf. Schließlich
gelangt er abwärts
durch den Auskoppler/ASE 540, wobei die vertikale Brechungskomponente
des nicht gemeinsamen Wegfehlers aufgenommen wird, bevor er in den
zweiten Phasenkonjugationsschenkel an der Unterseite der Figur eindringt.
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Der
Strahl gelangt dann in den zweiten Phasenkonjugationsschenkel, wo
er vorverstärkt
werden kann und wo die optische Phasenfront bei Reflexion durch
den zweiten Phasenkonjugationsspiegel 546 umgekehrt wird.
Der Strahl, der diesen Schenkel verlässt, trägt nun die nichtkonjugierte
atmosphärische Verzerrung
sowie die Konjugation der vertikalen Brechungsverzerrung und die
Konjugation einer Rückreflexion
von der vorderen Oberfläche
des Auskopplers/ASE 540. Indem die vertikale Brechungskomponente
des nicht gemeinsamen Wegfehlers vertikal durch den Auskoppler/ASE 540 gelangt,
wird sie korrigiert. Der Strahl wird dann im ersten Phasenkonjugationsschenkel
an der Oberseite der Figur durch einen zweiten Phasenkonjugationsspiegel 556 konjugiert
und durch eine Leistungsverstärker-Strahllinie 54 verstärkt. An
diesem Punkt trägt
der Strahl nur die konjugierte atmosphärische Verzerrung und die nicht nichtkonjugierte
Rückreflexion
von der vorderen Oberfläche
des Auskopplers/ASE 540. Wie vorstehend beschrieben, ist
diese zweite Komponente mit der Konjugation einer Front-Reflexion
von der vordere Oberfläche
identisch, die korrigiert wird, wenn der Strahl einer Frontreflexion
von der vorderen Oberfläche
des Auskoppler/ASE auf seinem Weg zum Strahlrichterteleskop 510 unterzogen
wird. Beim Reflektieren vom Auskoppler/ASE 540 trägt der HEL-Strahl
nur die Konjugation der Teleskopverzerrung, bei der es sich um die
gewünschte
Phasenfront handelt, um diese Aberration zu korrigieren und einen
Strahl von nahezu einer Planewelle zum Ziel 501 zu liefern.
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Weil
der Hochleistungslaserstrahl der Visierlinie des Hauptoszillatorstrahls
folgt, kann der Hochleistungsstrahl wünschenswerterweise vom anvisierten
Zielpunkt versetzt werden, indem der Hauptoszillatorstrahl mit einer
mechanischen Einrichtung (z. B. einem Lenkspiegel) oder einer nichtmechanischen Einrichtung
(zusätzliche
OPA), nicht gezeigt, gelenkt wird.
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6 zeigt
ein weiteres Strahlsteuersystem. Dieses System 600 beinhaltet
einen optisch adressierten räumlichen
Lichtmodulator (OASLM) 620 und einen „Lese"-Strahlmechanismus
anstelle des ausgehenden Wellenfrontsensors 520, der OPA
1 (550) und des adaptiv optischen Prozessors 580 von 5.
In diesem System gibt es keine bandbreiteneinschränkenden
elektrischen Servosysteme, und daher kann die Adaptivoptikkorrektur
sehr schnell mit sehr hoher Auflösung
vonstatten gehen. Der Nachteil ist dabei die optische Komplexität, die mit
einer kohärenten
Interferometrie zusammenhängt,
die notwendig ist, um ein Echtzeit-Hologramm aufzuzeichnen, dass
die Phasenfrontverzerrungen, potentielle Mittelachsenausrichtungsfehler,
die einer strukturellen Einhaltung des Ladegewichts zugeschrieben
sind (die gesonderte Auto-Ausrichtungsschlaufen in den „Lese"-Strahlwegen erfordern
können),
und ein potentiell unzureichendes Abtasten des refraktiven horizontalen
nicht gemeinsamen Wegfehlers im Auskoppler/ASE 618 beinhaltet.
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In
diesem System wird ein Einzelmodus-Hauptoszillator (MO 1 (604)
in 6) zur Erzeugung von zwei Strahlen verwendet.
Der erste 605 wird als eine Reflexion von einem ersten
Strahlteiler 606 erzeugt und dient als der Referenzstrahl
im holographischen „Lese"-Vorgang. Der übertragene
Abschnitt passiert einen zweiten Strahlteiler 608 und wird
durch die Null-Korrektor-Optik 610 in ein Strahlrichterteleskop 612 injiziert,
wo es die Verzerrung des Primärspiegels 614 abtastet,
durch den Null-Korrek tor zurückkehrt
und durch den zweiten Strahlteiler 608 reflektiert wird.
Ein Abtasten des Primärspiegels 614 kann
unter Verwendung von optischen holographischen Elementen erreicht
werden, wie an früherer Stelle
erörtert
wurde, oder als eine Spiegelreflexion der Primärspiegeloberfläche, wie
in der Figur gezeigt ist. Wenn eine Spiegelreflexion verwendet wird,
muss die Null-Korrektoroptik 610 vom Primärspiegel 614 um
eine Entfernung getrennt werden, die näherungsweise gleich dem Basisradius
einer Krümmung
des Primärspiegels
ist, wobei eine Verlängerung
der Teleskopstruktur erforderlich ist, die im Wesentlichen über den
Sekundärspiegel 616 hinausgeht.
Der Strahl, der die Teleskopverzerrung trägt, wird dann dazu gebracht,
durch den Auskoppler/ASE 618 zu passieren, so dass er den
horizontalen Brechungsabschnitt des nicht gemeinsamen Wegfehlers
abtastet. Eine Pupillenübertragungs-
und Bildaufbauoptik 638, 640 werden vor und nach
dem Auskoppler/ASE 618 verwendet, um den Strahl in Bezug
auf eine refraktive Verzerrung bzw. Brechungsverzerrung umzuwandeln
(neu abzubilden) und auszurichten (zu richten).
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Wie
in der Beschreibung des Stands der Technik (siehe 1)
wird bewirkt, dass die beiden Strahlen am OASLM 620 interferieren,
wobei die Phasenfrontverzerrung des Primärspiegels 614 in einem
Interferenzmuster aufgezeichnet wird. Dieses Interferenzmuster erzeugt
Streifen einer hohen und niedrigen optischen Intensität innerhalb
einer lichtempfindlichen Schicht, die wiederum Variationen in einem
elektrischen Feld als Reaktion auf die optischen Streifen erzeugt.
Eine Flüssigkristallschicht zeichnet
das Muster in der Ausrichtung seiner Moleküle auf, die die Phase oder
Polarisierung einer übertragenen
optischen Strahlung abhängig
von der Beschaffenheit des Flüssigkristallmaterial ändern. Die Verzerrungsinformation
wird dadurch in einem Echtzeit-Hologram innerhalb der Flüssigkristallschicht aufgezeichnet.
Wie im Stand der Technik bewirkt eine reflektierende Schicht zwischen
der lichtempfindlichen Schicht und der Flüssigkristallschicht, dass ein einfallendes
Licht doppelt durch die Flüssigkristallschicht
gelangen kann und der resultierende gebeugte Strahl erster Ordnung
eine Phasenfront aufweist, bei der es sich um die Phasenkonjugation
der Primärspiegelverzerrung
handelt. Der OASLM 620 dient der gleichen Funktion wie
die OPA 1 in 5, und die Korrektur von nicht
gemeinsamen Wegfehlern im Auskoppler/ASE 618 ist mit der
vorstehen den identisch. Weil ein Abtasten der holographischen optischen
Elementen und OASLMs von der Wellenlänge abhängig ist, wird die Bestleistung
mit dieser Ausführungsform
erreicht, wenn der Strahl der MO 1 (604) und der Hochleistungslaserstrahl
die gleiche Wellenlänge
oder nahezu die gleiche Wellenlänge
aufweisen.
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Somit
ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle
Ausführungsform
für eine
spezielle Anwendung beschrieben worden. Für Durchschnittsfachleute in
der Technik, die Zugriff auf die vorliegenden Lehren haben, sind
zusätzliche
Modifizierungen, Anwendungen und Ausführungsformen innerhalb des
Schutzbereichs erkennbar.
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Die
angehängten
Ansprüche
sollen daher alle beliebigen Anwendungen, Modifizierungen und Ausführungsformen
innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung umfassen.