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快速激光束偏转及扫描解决方案|压电偏转系统!

激光束偏转及其扫描在半导体加工、航空航天、生物医学、纳米科学研究等领域得到了越来越多的应用,同时对其性能要求也越来越高,受其体积、扫描频率、扫描精度、扫描分辨率等诸多因素的制约,传统的扫描方式越来越难以满足要求。

目前反射式扫描成为主流,主要的扫描器有激光振镜和快速偏摆镜。振镜具有很大的摆动角度但带宽有限,在进行高频扫描时扫描最大角度和线性度都会严重下降。基于音圈电机或压电陶瓷驱动器的快速偏转镜具有很高的谐振频率、扫描角度小、分辨率高、线性度好,一般应用于自适应光学、光束跟踪和稳定等要求快速响应和小角度偏转的领域。相比音圈电机和振镜之类的驱动器,压电陶瓷驱动的偏转镜具有更快的加速度和更高的带宽,具有零摩擦的铰链导向,并且导向精确性优良,采用应变传感器或电容传感器闭环系统,具有更高的精度。压电偏摆镜采用压电陶瓷直接驱动,多用于图像处理/稳定、激光扫描、通信、光束偏转/稳定等系统。

工作原理

激光扫描工作原理如下图所示。

 

1:激光扫描原理图

激光束L以一定入射角照射到反射镜上,经反射镜反射,投射到扫描平面上的某一点P(X,Y),设θx为反射镜在X方向的偏转角,θy为反射镜在Y方向的偏转角,当θx、θy均为0时,则光束会打在扫描平面的原点位置O(0,0)。当激光光束投射到扫描平面上的任意一点P(X,Y)时,对应的X、Y轴的偏转角分别为θx、θy,则有如下关系式:

  

d为反射镜中心到扫描平面的垂直距离。反射镜在X、Y方向按照一定的规律进行二维偏转运动,反射光束将在扫描平面上按照一定的规律进行扫描。

1中,反射镜沿X轴偏转α后,Y轴不动,光束从O点移动到A点。

反射镜沿Y轴偏转β后,X轴不动,光束从O点移动到B点。

 

压电偏转系统组成

压电偏转系统通常由压电偏转平台、压电控制器及运算控制组成,可选择模拟或上位机软件控制。其中,压电偏转平台为执行器,压电控制器输出用于控制偏转角度的控制信号。例如下图中展示的芯明天压电偏转系统,左侧为一款定制的大负载压电偏转镜,右侧为E70.D3S压电控制器。

 

芯明天压电偏转镜

高动态型 - P33系列压电偏转镜

 

特点

可选一维θx或二维θx、θy偏转

偏转范围可达12.5mrad/轴

亚毫秒响应时间

温度稳定性好

可定制适于航天应用或真空版本

大角度型 - P35系列压电偏转镜

 

特点

二维θx、θy偏转

偏转范围达43mrad/轴

分辨率可达1μrad

空载谐振频率达1.75kHz

可定制

大负载型 - P34系列压电偏转镜

 

特点

θx、θy 二维偏转

可加载φ80mm镜片

偏转范围可达6mrad/轴

闭环定位精度高

可定制

 

小体积型 - S33系列压电偏转镜

 

特点

θx、θy 二维偏转

可选行程1.5或3mrad/轴

结构小巧,外径仅20mm

可选闭环传感器

可定制

 

抗振动型 - S37系列压电偏转镜

 

特点

θx、θy 二维偏转

偏转角度可达13.5mrad/轴

抗振加固、高可靠性

全闭环、高精度

/闭环可选

工业级/航天宇航级

 

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