Дзеркало зі змінною формою дозволить управляти променями потужних лазерів
В науковій фантастиці досить поширений сюжет, коли головний герой за допомогою невеликого дзеркала або осколки дзеркала відображає промінь лазерного зброї і направляє його назад, у бік лиходія. Як би цікаво це не виглядало б на кіноекрані, з точки зору законів фізики таке практично неможливо, адже відображення і фокусування променів потужних лазерів є зовсім непростою справою. Промінь світла потужного лазера швидко нагріває ділянку низькоякісного дзеркала, в результаті чого він деформується і розсіює лазерний світло в кращому випадку, а в гіршому - просто руйнується. Для боротьби з цією проблемою фахівці з інституту Фраунгофера розробили дзеркало-лінзу, яка здатна змінювати свою форму, виробляючи компенсацію локального нагрівання та інших чинників, що викликають оптичні спотворення, що перешкоджають фокусуванні лазерного променя світла.
Ідеальним варіантом у будь лазерної техніки є фокусування променя лазера в крихітне пляма на поверхні обраної мети, що дозволить сконцентрувати велику кількість енергії на цьому плямі або реалізувати більш точне позиціонування променя. На жаль, всі дзеркала, використовуються для управління і фокусування променя, самі далеко не ідеальні. Незалежно від того, наскільки точно витримана форма і якісно відполірована поверхня дзеркала, воно, це дзеркало, не здатне відобразити повністю весь лазерний світло. Деяка частина енергії лазерного променя буде поглинена дзеркалом в області точки контакту, що призведе до нагрівання матеріалу дзеркала, його тепловому розширенню і спотворення відображеного променя. Збільшення потужності лазера не приносить позитивного результату, адже це призводить до ще більшого нагрівання дзеркала і до ще більшого спотворення відбитого світла.
Одним із способів вирішення проблеми теплової деформації дзеркала є виготовлення дзеркал із спеціалізованих матеріалів, що володіють дуже високою теплопровідністю і мають дуже низький коефіцієнт теплового розширення. Такі дзеркала в теорії можуть відображати промінь потужного лазера, практично не спотворюючи її, але пошуки підходящих для матеріалів ведуться не дуже успішно і по сей день. Новий підхід, розроблений в інституті Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF), полягає у створенні дзеркала, яке само в змозі визначити виникає деформацію і змінити свою форму для її компенсації.
"Ми розробили дзеркало, яке не запобігає теплову деформацію від світла лазера, воно повністю її компенсує" - розповідає доктор Клодія Реинлеин (Dr. Claudia Reinlein), - "Компенсація реалізується за рахунок керованого з високою точністю штучного локального нагрівання деяких областей дзеркала і використання п'єзоелектричного ефекту".
Дзеркало зі змінною формою виготовлено з особливою кераміки, покритої шаром міді. Всередині матеріалу дзеркала розташована мережа датчиків температури і ниткоподібних нагрівальних елементів. Коли промінь лазера потрапляє на поверхню дзеркала, датчики температури реєструють нагрівання і вказують його область, після чого система включає нагрівачі у відповідних місцях дзеркала, що змушує дзеркало вигинатися в зворотному напрямку, компенсую теплову деформацію. І все вищеперелічене робиться дуже швидко в автоматичному режимі.
Згідно думку фахівців потужна лазерна система з новими "розумними" дзеркалами може використовуватися для оснащення космічних апаратів лазерним зброєю, яку можна буде використовувати для руйнування і прибирання космічного сміття. Можливість точного фокусування лазерного променя дасть можливість різати на частини за допомогою лазера досить великі шматки сміття, при цьому робити це з досить великої дистанції і з мінімальними витратами енергії. Крім того, дзеркала зі змінною формою можуть послужити для компенсації атмосферних спотворень лазерного променя, що передає інформацію з наземної станції в космос або на іншу наземну станцію, що знаходиться на видаленні від першої тисячі кілометрів.