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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김학용
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수20
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적응광학계는 본래 지상용 천체망원경에서 대기에 의한 파면의 왜곡을 보상하기 위해 개발되었으나, 최근에는 현미경, 수중 이미지 처리, 고출력 레이저 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 본 논문에서는 고출력 레이저용 적응광학계를 위한 새로운 변형거울을 제안한다. 이 변형거울의 거울면은 광·기계적 특성이 우수한 CVD SiC 재질이며, 내부에 일체형 냉각 수로를 갖는 것이 특징이다. 거울면의 직경은 200 ㎜, 두께는 3 ㎜이며, 총 137개의 적층형 압전소자 구동기가 정방형으로 배열되어있다. 일반적인 변형거울과 다르게 거울면이 두껍고 재질의 높은 강성 때문에, 본 논문에서는 CVD SiC 변형거울을 위한 새로운 영향함수를 제안했다. 새롭게 제안한 영향함수가 기존의 영향함수보다 실제 실험결과와 높은 상관관계를 나타내는 것을 확인했다. 또한, CVD SiC 변형거울의 광학 성능과 냉각 성능을 각각 전산모사와 실험을 통해 검증했다. 비냉각 시에는 최대 1 ㎑의 속도, 냉각 시에는 최대 100 ㎐의 속도로 파면의 왜곡을 보상할 수 있었고, 파면 보상 후 잔여 오차가 30 ㎚ rms 이하로 회절 한계의 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
일반적으로 변형거울은 얇은 거울면을 갖고 있으므로, 제작과정에서 열충격, 온도 경사, 구동기의 이력현상과 크리프 현상 등의 원인으로 형상 왜곡이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 형상 왜곡은 광학계에 추가적인 수차를 발생시켜 성능을 저하하는 원인이 된다. 따라서 변형거울은 항상 적응광학계를 작동시키기 전에 이를 보상하기 위한 평면화 과정이 요구된다. 평면화 과정이란 구동기에 일정한 전압을 가해 형상 왜곡을 보상하여 변형거울 초기의 형상을 평면으로 만드는 과정을 의미한다. 하지만 이러한 과정에서 광학계의 왜곡된 파면을 보상하기 위해 사용될 구동기의 변위가 감소하기 때문에, 결과적으로 변형거울의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 새로운 모멘트 구동기를 제안한다. 제작과정에서 발생하는 저차항의 형상 왜곡을 독립적으로 보상하기 위해, 변형거울의 기판 뒷면에 16개의 모멘트 구동기를 추가했다. 모멘트 구동기의 배열은 영향함수를 이용하여 저차항의 형상 왜곡을 보상하기 위한 배열로 최적화되었다. 또한, 모멘트 구동기의 배열과 연결 계수를 적용하여 새로운 가중 영향함수를 제안했고, 실험결과와 우수한 상관관계를 보였다. 기존의 CVD SiC 변형거울에 모멘트 구동기를 추가하여 실제 성능을 검증했다. 결과적으로, 모멘트 구동기를 이용하여 제작과정에서 발생하는 저차항의 수차들을 효과적으로 보상할 수 있었고, 우수한 장기간 안정성을 확인할 수 있었다.
일반적으로 변형거울은 얇은 거울면을 갖고 있으므로, 제작과정에서 열충격, 온도 경사, 구동기의 이력현상과 크리프 현상 등의 원인으로 형상 왜곡이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 형상 왜곡은 광학계에 추가적인 수차를 발생시켜 성능을 저하하는 원인이 된다. 따라서 변형거울은 항상 적응광학계를 작동시키기 전에 이를 보상하기 위한 평면화 과정이 요구된다. 평면화 과정이란 구동기에 일정한 전압을 가해 형상 왜곡을 보상하여 변형거울 초기의 형상을 평면으로 만드는 과정을 의미한다. 하지만 이러한 과정에서 광학계의 왜곡된 파면을 보상하기 위해 사용될 구동기의 변위가 감소하기 때문에, 결과적으로 변형거울의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 새로운 모멘트 구동기를 제안한다. 제작과정에서 발생하는 저차항의 형상 왜곡을 독립적으로 보상하기 위해, 변형거울의 기판 뒷면에 16개의 모멘트 구동기를 추가했다. 모멘트 구동기의 배열은 영향함수를 이용하여 저차항의 형상 왜곡을 보상하기 위한 배열로 최적화되었다. 또한, 모멘트 구동기의 배열과 연결 계수를 적용하여 새로운 가중 영향함수를 제안했고, 실험결과와 우수한 상관관계를 보였다. 기존의 CVD SiC 변형거울에 모멘트 구동기를 추가하여 실제 성능을 검증했다. 결과적으로, 모멘트 구동기를 이용하여 제작과정에서 발생하는 저차항의 수차들을 효과적으로 보상할 수 있었고, 우수한 장기간 안정성을 확인할 수 있었다.
목차
1. 서론 11. 연구배경 12. 연구현황 53. 연구목표 72. 적응광학계 기본이론 91. 대기 난류에 의한 파면 왜곡 92. 파면 왜곡 측정 223. 파면 왜곡 보상 363. 냉각형 CVD SiC 변형거울 개발 411. 설계 및 제작 412. 구동기 영향함수 573. 광학 성능 검증 664. 냉각 성능 검증 854. 초기형상 왜곡 보상 921. 구동기 원리 및 설계 922. 모멘트 구동기 영향함수 953. 초기형상 왜곡 보상 1065. 결론 116참고문헌 118
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