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压电偏转镜应用领域

    压电偏转镜(根据它的应用,常被叫作压电倾斜镜、压电快反镜、压电精瞄镜等)从字面上理解,压电即是压电式,以压电叠堆陶瓷作为驱动源;偏转即是指可在某些方向进行转动;镜代表它用于驱动反射镜等镜片,即它的负载为镜片,目的是调节镜面的朝向

芯明天压电偏转镜

 

    压电偏转镜约是近20年左右出现的高精密产品,它的功能可以简单理解为带动一个镜片,做偏转运动,转动方向一般为θx及θy方向,它的特点是转动角度非常小,大能达到约50mrad(约3度),它的转动精度可达0.02µrad(约<0.01)。

    压电偏转镜的原理是利用压电叠堆陶瓷的逆压电效应(即压电叠堆陶瓷在电压信号的驱动下,会进行快速充电,从而产生微形变位移,位移量约为长度的1.5),再通过设计差分驱动式结构,将四支压电叠堆陶瓷距离同一中心点相同距离并间隔90度安装于压电偏转镜内部的机械结构中,对角的压电叠堆陶瓷为一组,两组间进行差分式控制,压电叠堆陶瓷顶端与柔性铰链结构(即弹性薄片结构,在一定范围内可进行回转运动,可将压电叠堆陶瓷的微形变进行放大,柔性铰链的特点是运动灵敏度高、自回复无间隙、无机械摩擦等)相连,柔性铰链与运动台面相连,通过两组压电叠堆陶瓷的微形变产生的推拉运动,使柔性铰链也产生微形变,从而使得压电偏转镜的运动台面产生偏转运动。

 

    通常,压电叠堆陶瓷的高度约为20mm,产生的位移量约为高度的1‰,即20µm左右。而压电偏转镜外形尺寸小巧,结构紧凑,截面积大约为90mm的直径。在压电叠堆陶瓷伸长20µm,半径为45mm时,如果按直驱式计算,则压电偏转镜台面偏转角度约0.8mrad。

    因柔性铰链对压电叠堆陶瓷的位移进行放大输出且根据使用压电叠堆陶瓷的不同,可产生的偏转范围自然不同,但压电偏转镜的偏转范围依然很小,目前芯明天标准压电偏转镜产品的偏转角度约为50mrad。

    压电偏转镜的转动角度这么小,能有什么用处呢?

    别看压电偏转镜的运动角度非常小,它的作用却是无法比拟的。

    压电偏转镜主要作用是用于带载镜片做偏转运动,它的应用是以对光的方向进行调节为主。如上所述,压电偏转镜的一个突出优点是角度调节精度非常高,可小于0.01"既然偏转角度小且偏转运动精度高,它就非常适于较长距离的光传输方向的调节,例如卫星激光通信

    卫星与地面间的信号传输通信是很难做到的,原因是光束的发散角很小,非常不易对准,因此卫星激光通信就需要非常高精度的瞄准系统。

    在这一点上,压电偏转镜就体现出了它的伟大效用。压电偏转镜与精跟踪相机等器件相配合,形成精跟踪系统,精跟踪相机采集的信号,会传送至压电偏转镜控制器,压电偏转镜控制器会做出反应,即根据光束对准所需要的偏转角度,输出能够使压电偏转镜偏转该角度所需要的电压信号,且控制时间非常短,在亚毫秒级范围,可使得卫星通信的信号快速而准确的瞄准、接收。

    压电偏转镜还多应用,例如光路调节、激光合束、激光加工、光束指向器、天文图像稳定、自适应变形镜等,随着人类对航天、天文等的研究不断深入,对定位的精度会要求越来越高,而使用压电偏转镜正是解决此类问题的手段。

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