Феррожидкостное зеркало — это тип деформируемого зеркала с отражающей жидкой поверхностью, обычно используемое в адаптивной оптике . Оно изготовлено из феррожидкости и частиц магнитного железа в этиленгликоле , основе автомобильного антифриза. [1] Феррожидкостное зеркало мгновенно меняет форму при приложении магнитного поля . Когда ферромагнитные частицы выравниваются с магнитным полем, жидкость намагничивается, и ее поверхность приобретает форму, определяемую равновесием между магнитными, гравитационными и поверхностными силами натяжения. [2] Поскольку любые формы могут быть получены путем изменения геометрии магнитного поля, можно добиться управления и коррекции волнового фронта.
Феррожидкостное зеркало управляется несколькими приводами , часто расположенными в гексагональной решетке. [3] [4] Чистые феррожидкости имеют низкую отражательную способность, поэтому их необходимо покрывать отражающим слоем. Феррожидкости на водной основе эффективно удерживают отражающий слой, но вода испаряется так быстро, что зеркало может исчезнуть в течение нескольких часов. Нанесение тонкого серебряного коллоида, известного как металлическая жидкоподобная пленка (MELLF), на поверхность феррожидкости решает проблему быстрого испарения и низкой отражательной способности чистых феррожидкостей. [5] Сочетание жидкости и металла приводит к образованию жидкой оптической поверхности, которую можно точно формировать в магнитном поле .
Телескопы с феррожидкостным зеркалом были построены для получения астрономических данных и использовались для получения изображений дальнего космоса; объекты для исследований включают экзопланеты . Основная проблема, с которой сталкиваются астрономы и ученые, — это искажения изображения из-за ошибок волнового фронта, вызванных атмосферой . Решение этой проблемы заключается в создании зеркал с контролируемыми формами поверхности, известных как деформируемые зеркала. [6] Феррожидкостные зеркала используются в качестве деформируемых зеркал, потому что, когда феррожидкости подвергаются воздействию магнитного поля, жидкость образует форму, чтобы минимизировать энергию системы, которая включает в себя магнитные, гравитационные и силы поверхностного натяжения жидкости. [2]
В то время как феррожидкостные зеркала широко используются в телескопах, феррожидкостные зеркала также могут применяться в области визуальной науки. Человеческие глаза страдают от многих оптических недостатков. Офтальмологи смотрят в глаза, чтобы обнаружить и диагностировать заболевания, исследуя сетчатку . Феррожидкостные зеркала можно быстро отрегулировать для компенсации больших искажений в больных глазах во время осмотра или лечения глаз. [7] Они могут создавать поверхности, имеющие сложную форму, и, таким образом, могут использоваться для определения формы линзы человеческого глаза, хрусталика . Это может позволить измерять аберрации высокого порядка хрусталика, чтобы их можно было исправить с помощью соответствующих медицинских процедур. Магнитно-формованная опорная поверхность будет далее использоваться для проверки коррекции, сделанной для хрусталика глаза до, во время или после процедур. [8]
До изобретения феррожидкостных зеркал для исправления атмосферных искажений и поддержания устойчивого фокуса использовались твердые деформируемые зеркала . Деформируемые твердые зеркала используют гибкие зеркала со сложными приводами под ними для исправления атмосферных искажений и поддержания устойчивого фокуса. [9] Недостатки традиционных деформируемых твердые зеркал включают стоимость, хрупкость и необходимость постоянного питания. Изображения с этих зеркал имеют нежелательный рисунок лоскутного одеяла из-за дискретных приводов под поверхностью зеркала. [6]
Ртуть использовалась в качестве основного материала ранних деформируемых жидкозеркальных телескопов из-за ее высокой отражательной способности и низкой температуры плавления. Однако, как магнитная жидкость, она имела проблемы. Трудно получить стабильную металлическую магнитную жидкость, а высокая плотность ртути требует большей деформирующей силы и, следовательно, сильного магнитного поля. [5]
Ограничения, связанные с использованием ртути для деформируемых жидких зеркал, могут быть решены с помощью использования феррожидкостей. Феррожидкостные зеркала используют более дешевые материалы и способны делать больше коррекций благодаря большему диапазону движения. Стабильные феррожидкости имеют широкий диапазон физических свойств, поэтому могут быть произведены для удовлетворения многих практических потребностей. [9]