壓電偏轉鏡應用領(lǐng)域
壓電偏轉鏡(根據它的應用,常被叫作壓電傾斜鏡、壓電快反鏡、壓電精瞄鏡等)從字面上理解,壓電即是壓電式,以壓電疊堆陶瓷作為驅動(dòng)源;偏轉即是指可在某些方向進(jìn)行轉動(dòng);鏡代表它用于驅動(dòng)反射鏡等鏡片,即它的負載為鏡片,目的是調節鏡面的朝向。
壓電偏轉鏡約是近20年左右出現的高精密產(chǎn)品,它的功能可以簡(jiǎn)單理解為帶動(dòng)一個(gè)鏡片,做偏轉運動(dòng),轉動(dòng)方向一般為θx及θy方向,它的特點(diǎn)是轉動(dòng)角度非常小,大能達到約50mrad(約3度),但它的轉動(dòng)精度可達0.02µrad(約<0.01”)。
壓電偏轉鏡的原理是利用壓電疊堆陶瓷的逆壓電效應(即壓電疊堆陶瓷在電壓信號的驅動(dòng)下,會(huì )進(jìn)行快速充電,從而產(chǎn)生微形變位移,位移量約為長(cháng)度的1.5‰),再通過(guò)設計差分驅動(dòng)式結構,將四支壓電疊堆陶瓷距離同一中心點(diǎn)相同距離,并間隔90度安裝于壓電偏轉鏡內部的機械結構中,對角的壓電疊堆陶瓷為一組,兩組間進(jìn)行差分式控制,壓電疊堆陶瓷頂端與柔性鉸鏈結構(即彈性薄片結構,在一定范圍內可進(jìn)行回轉運動(dòng),可將壓電疊堆陶瓷的微形變進(jìn)行放大,柔性鉸鏈的特點(diǎn)是運動(dòng)靈敏度高、自回復、無(wú)間隙、無(wú)機械摩擦等)相連,柔性鉸鏈與運動(dòng)臺面相連,通過(guò)兩組壓電疊堆陶瓷的微形變產(chǎn)生的推拉運動(dòng),使柔性鉸鏈也產(chǎn)生微形變,從而使得壓電偏轉鏡的運動(dòng)臺面產(chǎn)生偏轉運動(dòng)。
通常,壓電疊堆陶瓷的高度約為20mm,產(chǎn)生的位移量約為高度的1‰,即20µm左右。而壓電偏轉鏡外形尺寸小巧,結構緊湊,截面積大約為90mm的直徑。在壓電疊堆陶瓷伸長(cháng)20µm,半徑為45mm時(shí),如果按直驅式計算,則壓電偏轉鏡臺面偏轉角度約0.8mrad。
因柔性鉸鏈對壓電疊堆陶瓷的位移可進(jìn)行放大輸出,且根據使用壓電疊堆陶瓷的不同,可產(chǎn)生的偏轉范圍自然不同,但壓電偏轉鏡的偏轉范圍依然很小,目前芯明天標準壓電偏轉鏡產(chǎn)品的偏轉角度約為50mrad。
壓電偏轉鏡的轉動(dòng)角度這么小,能有什么用處呢?
別看壓電偏轉鏡的運動(dòng)角度非常小,它的作用卻是*的。
壓電偏轉鏡主要作用是用于帶載鏡片做偏轉運動(dòng),它的應用是以對光的方向進(jìn)行調節為主。如上所述,壓電偏轉鏡的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是角度調節精度非常高,可小于0.01"。既然偏轉角度小且偏轉運動(dòng)精度高,則它就非常適于較長(cháng)距離的光傳輸方向的調節,例如衛星激光通信。
衛星與地面間的信號傳輸通信是很難做到的,原因是光束的發(fā)散角很小,非常不易對準,因此衛星激光通信就需要非常高精度的瞄準系統。
在這一點(diǎn)上,壓電偏轉鏡就體現出了它的偉大效用。壓電偏轉鏡與精跟蹤相機等器件相配合,形成精跟蹤系統,精跟蹤相機采集的信號,會(huì )傳送至壓電偏轉鏡控制器,壓電偏轉鏡控制器會(huì )做出反應,即根據光束對準所需要的偏轉角度,輸出能夠使壓電偏轉鏡偏轉該角度所需要的電壓信號,且控制時(shí)間非常短,在亞毫秒級范圍,可使得衛星通信的信號快速而準確的瞄準、接收。
壓電偏轉鏡還具有很多應用,例如光路調節、激光合束、激光加工、光束指向器、天文圖像穩定、自適應變形鏡等,隨著(zhù)人類(lèi)對航天、天文等的研究不斷深入,對定位的精度會(huì )要求越來(lái)越高,而使用壓電偏轉鏡正是解決此類(lèi)問(wèn)題的手段。
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