В развитии современных радиоэлектронных и телекоммуникационных средств большое место занимает создание систем высокоскоростной передачи данных, СВЧ-радарных и лидарных систем локации, медицинских систем, навигации и связи гражданского и военного назначения. В связи с принципиальными ограничениями традиционного подхода к построению таких систем (применение СВЧ-полупроводниковых приборов и ИС) в настоящее время активно развивается другой подход, состоящий в создании и применении радиофотонных устройств и систем.
Адаптивные/активные/деформируемые/гибкие зеркала (АЗ) являются наиболее популярным инструментом для управления волновым фронтом и коррекции оптических аберраций. В таких специализированных зеркалах используются массивы приводов — часто пьезоэлектрических, микромеханических или электростатических — для точной коррекции формы отражающей поверхности. Идею коррекции волнового фронта составным зеркалом предложена в 1950-х годах, практическая возможность создания АЗ появилась 1970-х годов в связи с развитием технологий компьютерного управления формой зеркала. Системы на базе АЗ применяются в астрономии, в силовых лазерных технологиях, в том числе военных, в оптоэлектронике.
О них сегодня мы и поговорим.
Рынок адаптивных зеркал
В маркетинговом исследовании по адаптивной оптике отмечается активность следующих компаний: Northrop Grumman Corporation, Canon Inc., Schott AG, Hamamatsu Photonics K.K, Trex Enterprises, Thorlabs Inc, Edmund Optics Inc, Zygo Corporation, Flexible Optical B.V, Active Optical Systems, ALPAO SAS, Boston Micromachines Corporation, Imagine Eyes, Iris AO Inc, Imagine Optic SA, Baker Adaptive Optics, 4D Technology Corporation, Phasics Corporation, AKA Optics SAS, Teledyne e2v, Opsydia Limited, Holoeye Photonics AG.
В англоязычной технической литературе принят терминология «деформируемые зеркала адаптивной оптики» или Deformable Mirrors.
Рассмотрим патентную ситуацию в мире:
На портале Google.Patents поиск по запросу Deformable Mirrors optoelectronics показывал более 13 000 документов на апрель 2026 г. Динамика по годам представлена на рис. 1.
Видно, что патентование изобретений сначала шло вяло. В начале 2000-х произошёл всплеск патентования. Однако, в 2004-2013 гг. был некоторых спад. Последнее 10-летие активность патентования была стабильно высокой. Рейтинг патентовладельцев следующий:
The Institute of Optics and Electronics of the Chinese Academy of Sciences – 3,1%;
Sick AG – 1,6%;
Osram Opto Semiconductors GmbH – 1,4%;
Berkeley Lights, Inc. – 1%;
Neurolens, Inc. – 0,8%;
Harbin Institute of Technology – 0,7%;
Beijing Institute of Technology – 0,7%;
BOE Technology Group – 0,7%;
MEMS Drive (Nanjing) Co., Ltd. – 0,6%;
Texas Instr Inc – 0,5%;
Seiko Epson Corp – 0,5%;
Cilag Gmbh International – 0,5%;
Qualcomm Mems Technologies Inc – 0,5%.
Явного лидера в патентах нет. Головные строчки рейтинга занимают китайские, американские и европейские патентообладатели. Что странно, японских фирм почти нет. А южнокорейские и вовсе отсутствуют. В нашем рейтинге также много вузов и НИИ. Ни одно российское лицо в ТОП-15 не вошло.
Специальная тематика изобретений в рамках МПК следующая:
оптические элементы, системы или приборы G02B – 36,5%;
устройства со стимулированным излучением H01S – 8,4%;
диагностика; хирургия; опознание личности A61B – 7,5%;
исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N – 7,4%;
оптические устройства G02F – 7,1%;
измерение интенсивности, скорости или спектрального состава, поляризации, фазы или импульсных характеристик инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей; колориметрия; радиационная пирометрия G01J – 6,6%;
электрические переключатели; реле; селекторные устройства; устройства для защиты от аварий H10H – 5,3% и т.д.
Видно, что лидером в патентовании являются темы «оптические элементы, системы или приборы» и устройства со стимулированным излучением. Третью позицию занимает высокотехнологичная медицина. Привлекает внимание радиопеленгация, определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн, в том числе других видов волн.
Примеры патентов:
CN114503460A A free space laser communication system.
CN121386180A Piezoelectric differential fast swing mirror, its pre-tightening device and pre-tightening assembly method.
JP2023055903A Pulse laser and bioanalytical system.
Что в России?
В базе ФИПС патенты РФ на изобретения по рефератам ищутся по «Адаптивное зеркало» 45 ед., по «оптоэлектронике» 430 ед., но по «адаптивное зеркало в оптоэлектронике», «деформируемое зеркало в оптоэлектронике», «активное зеркало в оптоэлектронике» и ни одного. Имеются косвенные патенты, например:
А. с. СССР 1 485 180 (1989) Деформируемое зеркало. Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса. Изобретение относится к области адаптивной оптики, в частности к конструкциям деформируемых зеркал, и может быть использовано в качестве корректора волнового фронта в приемных и передающих оптических системах для компенсации искажения волнового фронта светового излучения. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданной деформируемой поверхности, упрощение и увеличение чувствительности и частоты управления зеркалом .
№2313810 (2007) Полупассивное биморфное многослойное гибкое зеркало. ООО "Активная оптика" (Москва). Изобретение относится к управляемой оптике и может использоваться в качестве корректора в адаптивных системах для динамического управления волновым фронтом излучения.
№2713128 (2020) Способ формирования размеров светового пятна на динамическом объекте и устройство для его осуществления. ПАО "ОДК-УМПО". Изобретение относится к квантовой электронике, конкретно к способам формирования световых пятен от излучения концентрических излучателей, и может быть использовано при создании технологических устройств, в частности, интегрированных в конструкцию газотурбинного двигателя, для адаптивного управления размерами световых пятен на динамическом объекте.
№2783630 (2022) Способ адаптивной внутрирезонаторной фазовой коррекции лазерного излучения. ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ". Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для проведения эффективной процедуры внутрирезонаторной фазовой коррекции многомодового лазерного излучения.
Среди иностранцев отметим немецкую военно-металлургическую компанию РЕЙНМЕТАЛЬ ВАФФЕ МУНИЦИОН ГМБХ (DE) с патентом №2549742 (2015), который относится к системе оружия и способу повреждения/разрушения удаленного объекта системой оружия с высокой мощностью, чтобы повреждать и/или разрушать удаленные объекты, причём пошлина учтена по 18.10.2023, то есть оплачивалась в 2022 г.
Полезных моделей РФ по теме «Адаптивное зеркало» 11 ед., по «оптоэлектронике» 82 ед., но по «адаптивным зеркалам в оптоэлектронике» ни одного. Примеры близких патентов:
№177637 (2018) Адаптивное зеркало. НИИ НПО Луч (Подольск). Полезная модель относится к адаптивной оптике и может быть использована в конструкции адаптивных зеркал с пьезоприводами для динамического управления волновым фронтом излучения. Адаптивное зеркало содержит деформируемую подложку с отражающим покрытием, основание и идентичные пьезоприводы.
№242 365 (2026) Двухкоординатный корректор углов наклона волнового фронта высокой точности со встроенным емкостным датчиком. Институт астрономии РАН. Полезная модель относится к оптико-электронным устройствам, в частности к устройствам для управления направлением отклонения оптических лучей, и может быть использован для коррекции углов наклона волнового фронта в адаптивных оптических системах в астрономии, системах видения в турбулентной атмосфере, управлении лазерным лучом в сканирующих системах.
Баз данных РФ с 2013 года по запросу «Адаптивное зеркало» и «Активное зеркало» ни одной. По «Деформируемое зеркало» две от Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева ИОА СО РАН:
№2020622438 Пространственные характеристики области филаментации на протяженной трассе в условиях фазовых искажений начального профиля пучка мощного фемтосекундного лазерного излучения. База данных включает в себя результаты экспериментов, проведенных с биморфным деформируемым зеркалом на протяженной атмосферной трассе длиной 134 м для мощного фемтосекундного лазерного излучения.
№2022622447 База данных влияния турбулентности на пространственные характеристики каналов, образованных при распространении фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе. База данных предназначена для хранения пространственных характеристик каналов в условиях турбулентности и при ее отсутствии: начала, конца и длины области филаментации, пространственного распределения поперечного профиля пучка в середине и конце трассы распространения. А также хранения индекса мерцания для температур 100-600°C на сопле фена, измеренных в центральной части пучка. База данных включает в себя результаты экспериментов, проведенных с биморфным деформируемым зеркалом и с коллимированными пучками диаметрами 2,5 и 5 см в условиях создания турбулентного слоя в начале трассы.
Программ РФ для ЭВМ с 2013 года по теме «Адаптивное зеркало» 9 ед., «Активное зеркало» 13 ед., по «Деформируемое зеркало» 5 ед. (поисковые отклики частично пересекаются):
№2015610717 Программа расчета распределения статической поперечной нагрузки на гибком зеркале с зажатым краем с заданным профилем "Mirror_Load". Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева ИОА СО РАН. Программа предназначена для расчета распределения поперечной статической нагрузки на гибком зеркале с зажатым краем при заданном профиле. Основной задачей является расчет амплитуд воздействия в заданной конфигурации системы актюаторов на поверхности круглого зеркала для реализации заданного начального распределения фазы поля.
№2016613580 Программа управления адаптивной оптической системой на основе прогноза фазовых искажений по измерениям датчика волнового фронта Шэка-Гартмана. Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева ИОА СО РАН. Программа предназначена для компенсации в реальном времени искажений волнового фронта на атмосферных трассах с учетом скорости их изменения.
№2018613384 Программа управления пьезо зеркалами. ООО «Активная оптика НайтН» (Москва). Программа предназначена для организации управления деформируемыми адаптивными зеркалами, использующими в качестве приводов пьезоэлементы.
№2024661120 Программа для интерполяции деформированных рабочих оптических поверхностей зеркал. ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева». Областью применения программы являются оптические элементы оптико-электронного комплекса. Программа предназначена для обработки полученных данных с деформированных рабочих оптических поверхностей, используя интерполяцию между соседними значениями прогибов деформированных рабочих оптических поверхностей.
№2025694990 Программный комплекс для автоматической коррекции волнового фронта светового излучения WaveFixer. ООО «Активная оптика». Программа для ЭВМ предназначена для коррекции волнового фронта светового излучения в автоматическом режиме посредством изменения напряжений на электродах корректора волнового фронта, рассчитанных с использованием алгоритма фазового сопряжения и/или апертурного зондирования.
НИОКР
В ГИС «Наука и инновации» 120 документов по запросу «адаптивные зеркала». В основном отчёты по НИР. Нас привлекли начинаемые работы. Так, НИР «Базовые принципы построения элементов радиофотонного тракта с частотами до 1 ТГц и построения систем на их основе» начата в Институт Оптики Атмосферы в январе 2026 г. и рассчитана в 5 этапов до 2030 г. Грант 82,5 млн руб. выдал Минобрнаука РФ.
Широкоапертурная адаптивная оптикa для сверхмощных импульсных лазеров разрабатывает Институт динамики геосфер им. М.А. Садовского РАН в 2025-2027 гг. за грант 21 млн руб. от РНФ. Как известно, одной из проблем современных сверх мощных импульсных лазерных комплексов является очень низкое качество выходного излучения. Это связано с возникновением аберраций в активных элементах лазеров и их изменением в процессе генерации световых импульсов. Предельные значения мощности генерируемых лазерных импульсов ограничиваются лучевой стойкостью используемых в резонаторах оптических элементов. Для повышения контраста импульса и увеличения интенсивности фокального пятна иногда используют переход на вторую гармонику.
В Москве ежегодно проводится выставка «Фотоника», в которой участвуют причастные к адаптивной фотоэлектронике и активным зеркалам для оптоэлектроники, например «Широкоапертурные комбинированные адаптивные зеркала для мощных импульсных лазеров».
Заключение
В передовых странах (США, Япония, страны ЕС, Китай и др.) проводятся интенсивные исследования и уже началось производство методами микроэлектронных технологий радиофотонных интегральных схем (РФИС), в которых на одной полупроводниковой ИС (площадью в единицы мм2) объединяются как оптоэлектронные компоненты (лазер, фотодиод, модулятор, пассивные оптические элементы), так и электронные (СВЧ-транзисторы и схемы, цифровые схемы и т.д.). Благодаря отсутствию паразитных параметров проволочных межсоединений и более короткому пути между оптоэлектронными и электронными устройствами такой подход позволяет значительно улучшить многие характеристики волоконно-оптических систем (быстродействие, полоса частот, габариты, вес, технологичность, надежность и др.).
Патентов пока не сотни тысяч, но всё впереди.
В нашей стране компетенциями в адаптивных зеркалах обладают структуры ГК «Росатом» (например НИИ НПО «Луч», «Российский федеральный ядерный центр — ВНИИЭФ», Институт лазерно-физических исследований), «Ростех» и «Роскосмос», научные центры, например ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" (Входит в Курчатовский Институт) институты РАН (в первую очередь Физический Институт и Институт Общей Физики) и Государственный Оптический Институт им. Вавилова, ряд технических вузов, в частности МИФИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Московский, Самарский и Ростовский университеты.
Остается надеяться на научное сотрудничество с китайскими коллегами.
О сервисе Онлайн Патент:
Онлайн Патент — цифровая система № 1 в рейтинге Роспатента. С 2013 года мы создаем уникальные LegalTech‑решения для защиты и управления интеллектуальной собственностью. Зарегистрируйтесь в сервисе Онлайн‑Патент и получите доступ к следующим услугам:
Онлайн‑регистрация программ, патентов на изобретение, товарных знаков, промышленного дизайна;
Опции ускоренного оформления услуг;
Бесплатный поиск по базам патентов, программ, товарных знаков;
Мониторинги новых заявок по критериям;
Онлайн‑поддержку специалистов.
