激光束偏轉及其掃描在半導體加工、航空航天、生物醫學(xué)、納米科學(xué)研究等領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應用，同時(shí)對其性能要求也越來(lái)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，傳統的掃描方式越來(lái)越難以滿(mǎn)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(dòng)角度但帶寬有限，在進(jìn)行高頻掃描時(shí)掃描最大角度和線(xiàn)性度都會(huì )嚴重下降?；谝羧﹄姍C或壓電陶瓷驅動(dòng)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(xiàn)性度好，一般應用于自適應光學(xué)、光束跟蹤和穩定等要求快速響應和小角度偏轉的領(lǐng)域。相比音圈電機和振鏡之類(lèi)的驅動(dòng)器，壓電陶瓷驅動(dòng)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?xún)?yōu)良，采用應變傳感器或電容傳感器閉環(huán)系統，具有更高的精度。壓電偏擺鏡采用壓電陶瓷直接驅動(dòng)，多用于圖像處理/穩定、激光掃描、通信、光束偏轉/穩定等系統。

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(diǎn)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(shí)，則光束會(huì )打在掃描平面的原點(diǎn)位置O’(0,0)。當激光光束投射到掃描平面上的任意一點(diǎn)P（X，Y）時(shí)，對應的X、Y軸的偏轉角分別為θx、θy，則有如下關(guān)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方向按照一定的規律進(jìn)行二維偏轉運動(dòng)，反射光束將在掃描平面上按照一定的規律進(jìn)行掃描。

圖1中，反射鏡沿X軸偏轉α后，Y軸不動(dòng)，光束從O’點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)。

反射鏡沿Y軸偏轉β后，X軸不動(dòng)，光束從O’點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)。

壓電偏轉系統組成

壓電偏轉系統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，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(dòng)態(tài)型 - P33系列壓電偏轉鏡

特點(diǎn)

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(shí)間

溫度穩定性好

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(diǎn)

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(diǎn)

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(diǎn)

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(dòng)型 - S37系列壓電偏轉鏡

特點(diǎn)

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(kāi)/閉環(huán)可選

工業(yè)級/航天宇航級