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壓電偏轉(zhuǎn)鏡 - 校正光束傳播方向和調(diào)整光路傾斜誤差的關(guān)鍵性器件!

更新時間: 2021-10-29

壓電偏轉(zhuǎn)鏡是光學(xué)系統(tǒng)中用于校正光束傳播方向和調(diào)整光路傾斜誤差的關(guān)鍵性器件,也常被稱為“快反鏡"、“傾斜鏡"、“章動鏡"、“傾斜臺"等。

由于每個壓電偏轉(zhuǎn)鏡用戶的應(yīng)用環(huán)境對反射鏡片的要求不同,例如反射率、輕量化要求等,因此,在通常情況下,芯明天的壓電偏轉(zhuǎn)鏡是不配備反射鏡片的,確切的講,是反射鏡片下方的傾斜臺。

對于光學(xué)元件因熱變形或光束傳播中的外界干擾等原因引起的光路偏移,壓電偏轉(zhuǎn)鏡可以起到補償作用,補償速度可達(dá)毫秒級,補償?shù)木瓤蛇_(dá)納弧度級,因此,被廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)、目標(biāo)指向、精密跟蹤、光束控制等應(yīng)用。

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壓電偏轉(zhuǎn)鏡的快速響應(yīng)

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡是一種快速控制反射鏡,在這個快反系統(tǒng)中,反射鏡片是該系統(tǒng)的主要載荷,它的尺寸、重量將影響著快反系統(tǒng)的諧振頻率及響應(yīng)速度。以芯明天P33系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡為例,同一型號下,負(fù)載鏡片重量越大,其諧振頻率將越低,如下圖所示。

諧振頻率越低,相應(yīng)的工作頻率也將隨之降低。

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反射鏡片的重量也會影響到壓電偏轉(zhuǎn)鏡的響應(yīng)速度,響應(yīng)速度與工作頻率的定義是不同的,通常指的是由零位到達(dá)目標(biāo)位置所需的時間。但在實際應(yīng)用中,響應(yīng)速度經(jīng)常被以帶寬來表述。下圖為實測芯明天P34.T2S壓電偏轉(zhuǎn)鏡配套E51.B3壓電控制器,達(dá)80%偏轉(zhuǎn)行程的響應(yīng)時間為3ms,帶載200g負(fù)載后達(dá)滿行程的響應(yīng)時間約15ms。

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壓電偏轉(zhuǎn)鏡的高轉(zhuǎn)向精度

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由多支壓電陶瓷來驅(qū)動,可通過差分控制方式來驅(qū)動壓電偏轉(zhuǎn)鏡頂端移動臺面的偏轉(zhuǎn)。

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在高精度、高穩(wěn)定性的電壓驅(qū)動下,壓電陶瓷的直線位移步進(jìn)可在幾個納米范圍,轉(zhuǎn)換為壓電偏轉(zhuǎn)鏡移動臺面的偏轉(zhuǎn)運動后,可使得壓電偏轉(zhuǎn)鏡的偏轉(zhuǎn)分辨率在納弧度級。

但壓電陶瓷具有遲滯和蠕變特性,它的電壓與位移曲線呈現(xiàn)大致線性,但在相同電壓下的重復(fù)性很低。在動態(tài)快速掃描應(yīng)用中,可不受該特性的影響,但在靜態(tài)或要求重復(fù)度的掃描應(yīng)用中,是不希望存在該特性的。

為解決此問題,芯明天公司通過在壓電偏轉(zhuǎn)鏡內(nèi)部集成閉環(huán)傳感器,不僅不會增加壓電偏轉(zhuǎn)鏡的外形尺寸,同時保證了壓電偏轉(zhuǎn)鏡掃描及定位的精度。

下圖中為開環(huán)P33.T8K與閉環(huán)P33.T8S 壓電偏轉(zhuǎn)鏡的電壓與偏轉(zhuǎn)角度曲線,從曲線中可看出,配有閉環(huán)傳感器的P33.T8S壓電偏轉(zhuǎn)鏡的電壓與位移曲線可呈線性關(guān)系。

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壓電偏轉(zhuǎn)鏡的鏡片安裝方式

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡/臺與反射鏡片間的安裝分為粘接、機械夾持、定制鏡片座或定制鏡片帽四種方式,其中較為普遍的方式為粘接和定制鏡片安裝夾具。

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粘接安裝

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標(biāo)準(zhǔn)鏡片的抱夾安裝

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定制鏡片安裝座/帽安裝

需要注意的是,采用額外機械夾持的鏡片安裝方式,會增大壓電偏轉(zhuǎn)鏡的載荷,從而降低壓電偏轉(zhuǎn)鏡的諧振頻率及工作頻率。而粘接方式,對頻率影響較小。


如下圖所示,是5臺壓電偏轉(zhuǎn)鏡的壓電控制器集成于一體,它是基于芯明天E70.D3S系列壓電控制器進(jìn)行安裝結(jié)構(gòu)改裝,使其更易于集成到用戶的使用結(jié)構(gòu)中。該壓電控制器的工作帶寬可達(dá)10kHz

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壓電偏轉(zhuǎn)鏡的強抗振能力

對于在外界振動特殊環(huán)境中的應(yīng)用,芯明天公司采用抗振加固型壓電偏轉(zhuǎn)鏡,對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,更換宇航器件,改變閉環(huán)方式,獲取更高定位精度。


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定制航空航天擺鏡抗振測試安裝圖



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