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压电偏转镜 - 校正光束传播方向和调整光路倾斜误差的关键性器件!

压电偏转镜是光学系统中用于校正光束传播方向和调整光路倾斜误差的关键性器件,也常被称为“快反镜"、“倾斜镜"、“章动镜"、“倾斜台"等。

由于每个压电偏转镜用户的应用环境对反射镜片的要求不同,例如反射率、轻量化要求等,因此,在通常情况下,芯明天的压电偏转镜是不配备反射镜片的,确切的讲,是反射镜片下方的倾斜台。

对于光学元件因热变形或光束传播中的外界干扰等原因引起的光路偏移,压电偏转镜可以起到补偿作用,补偿速度可达毫秒级,补偿的精度可达纳弧度级,因此,被广泛应用于自适应光学、目标指向、精密跟踪、光束控制等应用。

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压电偏转镜的快速响应

芯明天压电偏转镜是一种快速控制反射镜,在这个快反系统中,反射镜片是该系统的主要载荷,它的尺寸、重量将影响着快反系统的谐振频率及响应速度。以芯明天P33系列压电偏转镜为例,同一型号下,负载镜片重量越大,其谐振频率将越低,如下图所示。

谐振频率越低,相应的工作频率也将随之降低。

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反射镜片的重量也会影响到压电偏转镜的响应速度,响应速度与工作频率的定义是不同的,通常指的是由零位到达目标位置所需的时间。但在实际应用中,响应速度经常被以带宽来表述。下图为实测芯明天P34.T2S压电偏转镜配套E51.B3压电控制器,达80%偏转行程的响应时间为3ms,带载200g负载后达满行程的响应时间约15ms

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压电偏转镜的高转向精度

芯明天压电偏转镜的内部结构是由多支压电陶瓷来驱动,可通过差分控制方式来驱动压电偏转镜顶端移动台面的偏转。

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在高精度、高稳定性的电压驱动下,压电陶瓷的直线位移步进可在几个纳米范围,转换为压电偏转镜移动台面的偏转运动后,可使得压电偏转镜的偏转分辨率在纳弧度级。

但压电陶瓷具有迟滞和蠕变特性,它的电压与位移曲线呈现大致线性,但在相同电压下的重复性很低。在动态快速扫描应用中,可不受该特性的影响,但在静态或要求重复度的扫描应用中,是不希望存在该特性的。

为解决此问题,芯明天公司通过在压电偏转镜内部集成闭环传感器,不仅不会增加压电偏转镜的外形尺寸,同时保证了压电偏转镜扫描及定位的精度。

下图中为开环P33.T8K与闭环P33.T8S 压电偏转镜的电压与偏转角度曲线,从曲线中可看出,配有闭环传感器的P33.T8S压电偏转镜的电压与位移曲线可呈线性关系。

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压电偏转镜的镜片安装方式

芯明天压电偏转镜/台与反射镜片间的安装分为粘接、机械夹持、定制镜片座或定制镜片帽四种方式,其中较为普遍的方式为粘接和定制镜片安装夹具。

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粘接安装

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标准镜片的抱夹安装

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定制镜片安装座/帽安装

需要注意的是,采用额外机械夹持的镜片安装方式,会增大压电偏转镜的载荷,从而降低压电偏转镜的谐振频率及工作频率。而粘接方式,对频率影响较小。


如下图所示,是5台压电偏转镜的压电控制器集成于一体,它是基于芯明天E70.D3S系列压电控制器进行安装结构改装,使其更易于集成到用户的使用结构中。该压电控制器的工作带宽可达10kHz

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压电偏转镜的强抗振能力

对于在外界振动特殊环境中的应用,芯明天公司采用抗振加固型压电偏转镜,对内部结构进行加固,更换宇航器件,改变闭环方式,获取更高定位精度。


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定制航空航天摆镜抗振测试安装图



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