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激光束偏轉及其掃描在半導體加工、航空航天、生物醫(yī)學、納米科學研究等領域得到了越來越多的應用，同時對其性能要求也越來越高，受其體積、掃描頻率、掃描精度、掃描分辨率等諸多因素的制約，傳統(tǒng)的掃描方式越來越難以滿足要求。

目前反射式掃描成為主流，主要的掃描器有激光振鏡和快速偏擺鏡。振鏡具有很大的擺動角度但帶寬有限，在進行高頻掃描時掃描最大角度和線性度都會嚴重下降。基于音圈電機或壓電陶瓷驅動器的快速偏轉鏡具有很高的諧振頻率、掃描角度小、分辨率高、線性度好，一般應用于自適應光學、光束跟蹤和穩(wěn)定等要求快速響應和小角度偏轉的領域。相比音圈電機和振鏡之類的驅動器，壓電陶瓷驅動的偏轉鏡具有更快的加速度和更高的帶寬，具有零摩擦的鉸鏈導向，并且導向精確性優(yōu)良，采用應變傳感器或電容傳感器閉環(huán)系統(tǒng)，具有更高的精度。壓電偏擺鏡采用壓電陶瓷直接驅動，多用于圖像處理/穩(wěn)定、激光掃描、通信、光束偏轉/穩(wěn)定等系統(tǒng)。

工作原理

激光掃描工作原理如下圖所示。

圖1：激光掃描原理圖

激光束L以一定入射角照射到反射鏡上，經(jīng)反射鏡反射，投射到掃描平面上的某一點P(X,Y)，設θx為反射鏡在X方向的偏轉角，θy為反射鏡在Y方向的偏轉角，當θx、θy均為0時，則光束會打在掃描平面的原點位置O’(0,0)。當激光光束投射到掃描平面上的任意一點P（X，Y）時，對應的X、Y軸的偏轉角分別為θx、θy，則有如下關系式：

d為反射鏡中心到掃描平面的垂直距離。反射鏡在X、Y方向按照一定的規(guī)律進行二維偏轉運動，反射光束將在掃描平面上按照一定的規(guī)律進行掃描。

圖1中，反射鏡沿X軸偏轉α后，Y軸不動，光束從O’點移動到A點。

反射鏡沿Y軸偏轉β后，X軸不動，光束從O’點移動到B點。

壓電偏轉系統(tǒng)組成

壓電偏轉系統(tǒng)通常由壓電偏轉平臺、壓電控制器及運算控制組成，可選擇模擬或上位機軟件控制。其中，壓電偏轉平臺為執(zhí)行器，壓電控制器輸出用于控制偏轉角度的控制信號。例如下圖中展示的芯明天壓電偏轉系統(tǒng)，左側為一款定制的大負載壓電偏轉鏡，右側為E70.D3S壓電控制器。

芯明天壓電偏轉鏡

高動態(tài)型 - P33系列壓電偏轉鏡

特點

可選一維θx或二維θx、θy偏轉

偏轉范圍可達12.5mrad/軸

亞毫秒響應時間

溫度穩(wěn)定性好

可定制適于航天應用或真空版本

大角度型 - P35系列壓電偏轉鏡

特點

二維θx、θy偏轉

偏轉范圍達43mrad/軸

分辨率可達1μrad

空載諧振頻率達1.75kHz

可定制

大負載型 - P34系列壓電偏轉鏡

特點

θx、θy 二維偏轉

可加載φ80mm鏡片

偏轉范圍可達6mrad/軸

閉環(huán)定位精度高

可定制

小體積型 - S33系列壓電偏轉鏡

特點

θx、θy 二維偏轉

可選行程1.5或3mrad/軸

結構小巧，外徑僅20mm

可選閉環(huán)傳感器

可定制

抗振動型 - S37系列壓電偏轉鏡

特點

θx、θy 二維偏轉

偏轉角度可達13.5mrad/軸

抗振加固、高可靠性

全閉環(huán)、高精度

開/閉環(huán)可選

工業(yè)級/航天宇航級