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基于PZT压电陶瓷的光相位调制!

随着生产技术的更新及应用的不断扩展,PZT压电陶瓷已经广泛进入人们的视野,知名度也在不断升高。

PZT压电陶瓷具有逆压电效应,即在施加电压信号下可产生对应电压信号的微位移,且具有纳米级高分辨率及微秒级响应速度的特点,满足对光相位调制的精度。PZT压电陶瓷移相器也是各种干涉仪器中的主要组成部件,它的精度将直接影响干涉仪的测量精度。

 

根据干涉光路的差别,使用的PZT压电陶瓷的数量与种类各不相同,一般可分为单支和多支两种,而根据客户的不同使用场景,芯明天提供多种用于相位调制/移相的压电陶瓷方案。

 当光纤作为光的传播媒介时,如光纤微分干涉仪、可调谐光纤激光器等,光的位相会随传播的长度而发生变化。例如,把光纤缠绕到PZT压电陶瓷上,在施加电压信号时,压电陶瓷产生微形变,从而改变缠绕在压电陶瓷上的光纤的长度及折射率。当压电陶瓷发生周期性微形变时,光纤长度周期性变化,则传播光的位相也发生周期性的变化。对于这种情景,可选的PZT压电陶瓷的种类非常多样化,受尺寸、延迟时间、调整方式等多项因素的影响。


压电光纤拉伸器

对于这种情形,可采用芯明天的N01系列光纤拉伸膨胀器,它具有两种版本,都具备光纤缠绕凹槽,可将光纤直接缠绕于凹槽内,且缠绕的光纤长度可达百米以上。它的位移范围大,径向位移可达80μm,可大幅缩小驱动电压,仍可产生较大位移,例如在10V下,径向位移仍可达5μm以上。 

中空式压电陶瓷叠堆

另一种方式,是采用中空式压电陶瓷叠堆,它沿长度方向产生形变,并且中心具有通孔,通过压电陶瓷的周期性伸长形变,可周期性改变光传播的长度,从而改变光的相位。该种压电陶瓷,在15V电压下,可产生的位移>1.5μm,并且基本消除电压信号产生的负面影响。

中空式压电陶瓷,它的尺寸公差达±0.01mm,且平面度可达±5μm,非常适于光纤光的相位调制,可保证干涉仪的精度。

光纤干涉仪输出光强的频率、幅度与施加到PZT压电陶瓷上的电压信号的频率与大小呈线性关系。采用中空式压电陶瓷的光相位调制器的干涉仪,它的灵敏度非常高,非常适于对外界环境中的振动源的监测,以及对振动源的振动频率、幅度的监测。


Tube压电陶瓷管

还有一种方式是采用压电陶瓷管/环。它是沿径向产生膨胀与收缩运动。在周期性电压信号的作用下,压电陶瓷管产生周期性膨胀运动,使得缠绕于外径表面的光纤的长度及折射率发生周期性变化,从而周期性改变传输光的位相。

 

压电移相器,用于大口径干涉仪

因原理一样,在此也提一下大口径干涉仪。对于大口径的卧式水平光路的斐索干涉仪,它使用的反射镜一般为重量较大的球面透镜,它的测量过程是通过调整反射镜的位置。而单个PZT压电陶瓷难以达到要求,因此一般内部采用多支PZT压电陶瓷,均匀分布在一个共心圆的周围。

大口径干涉仪一般负载的镜片较大、且要求中心通孔较大,对于这种应用需求,芯明天可根据干涉仪结构,定制设计PZT压电移相器,例如P77系列压电移相器,它的承载能力在正立放置时可达15kg、卧式时5kg、倒置时10kg,并且中心通光孔径从φ36至φ260mm任意选择,并且可定制更大孔径、更大承载。目前标品的行程有6μm、20μm、50μm等。该种压电移相器,非常适于激光干涉仪,用于检测镜片等的平面度。

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