光是一種電磁波,電磁波具有幅度、頻率、相位等特點,通過調(diào)節(jié)電磁波的這三種特性,可以表達不同的狀態(tài),通常稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。
光學科學與許多學科相關(guān),包括天文學、各種工程領(lǐng)域、攝影和醫(yī)學(尤其是眼科和驗光儀,稱為生理光學)。在各種技術(shù)和日常物體中也都可以找到光學的實際應用,包括鏡片、鏡頭、望遠鏡、顯微鏡、激光器和光纖等。
在各種光學的應用中,想利用光達到應用的目的,就需要對光進行控制,包括方向、相位等。而這些調(diào)整控制,都需要相應的調(diào)整工具。并且,因光的波長一般在微米、納米間,因此對光的參數(shù)調(diào)整,通常要求非常高的精度。
芯明天專注于壓電納米運動與控制系統(tǒng),專為高精度的運動控制提供解決方案。在光路調(diào)整中,可以選擇芯明天的哪些壓電微納米運動產(chǎn)品?
一、光路的方向控制(光路偏轉(zhuǎn))
光路的方向是指光傳輸?shù)姆较?,光路的方向控制是指改變光的傳輸方向??梢赃x擇以下幾種產(chǎn)品對光路的方向進行調(diào)節(jié)。
壓電偏轉(zhuǎn)鏡應用于快速光路偏轉(zhuǎn)
芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡內(nèi)部采用差分控制方式,驅(qū)動內(nèi)部壓電陶瓷以推拉形式運動,使得壓電偏轉(zhuǎn)鏡的移動平面產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)運動。它的特點是偏轉(zhuǎn)速率快、偏轉(zhuǎn)分辨率高,分別可達毫秒量級、納弧度量級。
芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡可產(chǎn)生θx、θy兩軸偏轉(zhuǎn)運動,也可選配Z向直線運動。運動效果如下所示。
壓電偏轉(zhuǎn)鏡的特點使其非常適用于光路的方向控制,且它的反應迅速,使得它的應用范圍非常廣泛,從科研到工業(yè),再到宇航,都有壓電偏轉(zhuǎn)鏡的身影。例如,在科研的激光光路穩(wěn)定實驗中光路的控制,工業(yè)應用里激光加工中光路的控制,宇航中的激光通信、圖像穩(wěn)定的光路控制等。
型號舉例
型號 | 類型 | 偏轉(zhuǎn)范圍 | 分辨率 |
P32 | 三維運動 | 0~15mrad0~55μm | 0.05~0.4μrad0.5~2nm |
P33 | 多功能型 | 0~10mrad | 0.02~0.3μrad |
P34 | 大負載型 | 0~5.6mrad | 0.1~0.2μrad |
P35 | 大角度型 | 0~43mrad | 0.3~1.2μrad |
P35A | 大角度型 | 0~43mrad | 0.4~1.2μrad |
S22 | θx偏轉(zhuǎn) | 0~3mrad | 0.03~0.08μrad |
S23 | 中空型三維運動 | 0~1.5mrad0~10μm | 0.02μrad0.08nm |
S30 | 高動態(tài) | 0~3mrad | 0.02~0.1μrad |
S34 | 大負載 | 0~2.5mrad | 0.02~0.07μrad |
S37 | 抗振型 | 0~13.5mrad | 0.03~0.35μrad |
S38 | 小體積 | 0~2.4mrad | 0.01~0.07μrad |
XD304 | 高動態(tài) | 0~2.4mrad | 0.01~0.07μrad |
芯明天已為多顆衛(wèi)星提供壓電偏轉(zhuǎn)鏡及低功耗、小體積板卡式控制系統(tǒng),其中有搭載激光通信系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星、搭載激光通信系統(tǒng)的高軌衛(wèi)星、搭載成像儀的低軌衛(wèi)星、搭載磁象儀的低軌衛(wèi)星、搭載導航系統(tǒng)的高軌衛(wèi)星以及其他商業(yè)衛(wèi)星等。芯明天已形成涵蓋工業(yè)級、軍品級、宇航級多個系列的高可靠性壓電偏轉(zhuǎn)鏡與驅(qū)動控制產(chǎn)品。
壓電偏擺臺應用于光路偏轉(zhuǎn)
壓電偏擺臺的原理與壓電偏轉(zhuǎn)鏡的原理基本相同,但兩者間的外觀不太相同。壓電偏擺臺是專為面積較大的反射或透射鏡片而設(shè)計。它具有中心通孔,且孔徑較大,可達96mm×96mm,可帶載的鏡片尺寸達110mm×110mm。
壓電偏擺臺的運動軸為θx、θy,偏轉(zhuǎn)行程一般約為2mrad。壓電偏擺臺也可選擇Z向運動。它的運動效果如下所示。
壓電偏擺臺非常適用于遠距離激光合束對準應用,可將對準分辨率保持在0.01秒。
壓電偏擺臺的出廠前測試
型號舉例
型號 | 運動軸 | 行程范圍 | 承載能力 | 分辨率 |
S51.ZT1 | θxθyZ | 0~2.2mrad0~100μm | 1kg | 0.05~0.25μrad4~7nm |
S51.ZT1-C1 | θxθyZ | 0~2.2mrad0~110μm | 2.5kg | 0.05~0.25μrad4~7nm |
S51.ZT2-C1 | θxθyZ | 0~4mrad0~240μm | 1.5kg | 0.06~0.15μrad2~7nm |
S54 | θxθy | 0~2mrad | 1kg | 0.05~0.25μrad |
二維偏轉(zhuǎn)壓電鏡架應用于自動光路偏轉(zhuǎn)
二維偏轉(zhuǎn)壓電鏡架的偏轉(zhuǎn)動作是基于兩支壓電螺釘來驅(qū)動完成,兩軸間采用共軸心點,每支壓電螺釘?shù)闹本€運動控制了相應軸的偏轉(zhuǎn)角度及方向。
二維偏轉(zhuǎn)壓電鏡架與壓電偏轉(zhuǎn)鏡相比,它具有更大的偏轉(zhuǎn)范圍,但它的偏轉(zhuǎn)速度相對壓電偏轉(zhuǎn)鏡要慢的多。
運動效果如下圖所示。
型號舉例
型號 | 偏轉(zhuǎn)范圍 | 卡裝鏡片直徑 | 分辨率 |
T25N81K8 | ±5° | 25.4mm | 0.7μrad |
T25N81K8-C | ±2° | 12.5mm | 0.7μrad |
T50N81K13 | ±5° | 50.8mm | 0.7μrad |
T100N81K13 | ±3.5° | 101.6mm | 0.7μrad |
壓電宏微復合式移相器用于光路調(diào)節(jié)
壓電宏微復合式移相器是手動偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)與直線壓電促動相結(jié)合,手調(diào)偏轉(zhuǎn)部分具有多種調(diào)節(jié)架可選。直線壓電促動器部分也具有多種選擇,可選大位移或小位移型。直線壓電促動器部分,大位移版本可達百微米范圍以上,小位移版本位移約1μm左右。
該壓電移相器是專為光學相移應用而設(shè)計,它的直線促動是通過電壓控制,可進行超快速(μs級)步進調(diào)節(jié),同時,可通過手動調(diào)節(jié)θx、θy 兩軸的偏轉(zhuǎn)角度,角度調(diào)節(jié)范圍可達±4°。將鏡片調(diào)節(jié)與相移步進相結(jié)合,使其更方便于像移、干涉測量等光路調(diào)節(jié)應用。
它的運動效果如下所示。
型號舉例
型號 | 手調(diào)偏轉(zhuǎn)范圍 | 壓電直線范圍 | 壓電驅(qū)動電壓 |
ZT50M14S7(帶傳感器) | ±3° | 9μm | 0~150V |
ZT50M14K7 | ±3° | 9μm | 0~150V |
ZT50M14S120(帶傳感器) | ±3° | 114μm | 0~150V |
ZT35H80K | ±4° | 3.73μm(0.7μm@150V) | 0~800V |
二、光路的直線調(diào)節(jié)
光路的直線調(diào)節(jié)是指不改變光的方向,只對光的直線傳輸?shù)穆窂竭M行調(diào)節(jié),可以改變光的相位、頻率等。
PZT壓電陶瓷片/疊堆應用于光路的直線調(diào)節(jié)
壓電陶瓷片/疊堆是相對較小的移相器,最小的尺寸可達1.22×1.3×1.7mm^3。在使用中,需將反射鏡片或透射鏡片直接粘貼于壓電陶瓷片/疊堆上。
PZT壓電元件在電壓驅(qū)動下,產(chǎn)生直線運動位移,從而帶動反射鏡片/透射鏡片進行直線前進或后退,從而引起光路徑長度的變化。
參數(shù)舉例
注:芯明天具有上千種壓電陶瓷型號,詳細參數(shù)請見芯明天產(chǎn)品樣冊或官網(wǎng)。
PZT壓電陶瓷產(chǎn)生的位移量與施加的電壓成基本的線性關(guān)系。例如,一款陶瓷在150V驅(qū)動下可達的位移為9μm,則在施加15V驅(qū)動電壓時,它產(chǎn)生的位移約0.9μm。
PZT壓電陶瓷片/疊堆的體積小、精度高,非常適用于受限空間中的光路調(diào)整。但壓電陶瓷一經(jīng)粘貼鏡片后,不可進行拆卸,因為拆卸的過程會造成壓電陶瓷的損壞。
封裝式壓電陶瓷促動器應用于光路直線調(diào)整
封裝式壓電陶瓷促動器是將PZT壓電陶瓷元件封裝于內(nèi)部,并預加有預載力。封裝壓電促動器的結(jié)構(gòu)不僅對壓電陶瓷進行非常好的保護,同時它可以工作在更高的頻率下,可動態(tài)使用。
封裝式壓電促動器的鏡片安裝接口也更靈活,鏡片可粘貼于鏡片座上,鏡片座通過螺紋安裝于壓電促動器的移動端,易于鏡片更換。
型號舉例
注:更多型號請詳見芯明天產(chǎn)品手冊或官網(wǎng)。
封裝式壓電陶瓷促動器也具有環(huán)形中孔版本,中心具有通孔,且配備有鏡片安裝帽,鏡片安裝、更換更便捷。中心通孔尺寸由直徑4.5mm至24mm不等。
機構(gòu)放大促動器應用于直線光路調(diào)整
機構(gòu)放大促動器是將PZT壓電陶瓷元件的位移進行放大并輸出的促動器,它適用于光學調(diào)整中要求大位移的應用。并且,該種壓電促動器可選配閉環(huán)反饋傳感器,可對壓電促動器的位移進行線性控制。
型號舉例
型號 | P87.X38S | |
行程范圍 | 38 | μm |
傳感器 | SGS | |
空載固有頻率 | 1200 | Hz |
壓電光纖相位調(diào)制器應用于光路調(diào)整
芯明天壓電光纖相位調(diào)制器是一種光纖拉伸裝置,可對纏繞于其外徑凹槽內(nèi)的光纖進行拉伸,拉伸的長度、頻率可調(diào)。
在使用芯明天光纖相位調(diào)制器時,需注意光纖纏繞的圈數(shù),要保證壓電光纖相位調(diào)制器的出力滿足光纖拉伸的出力要求。
型號舉例
型號 | H01.6 | 單位 |
徑向標稱行程@120V | 5.6 | μm |
每圈光纖拉伸長度@120V | 28 | μm |
徑向標稱行程@150V | 7 | μm |
每圈光纖拉伸長度@150V | 35 | μm |
徑向最大推力 | 250 | N |
空載諧振頻率 | 9500 | Hz |
外形尺寸 | OD 55,H 8 | mm |
壓電宏微復合平臺應用于光路調(diào)整
當利用光纖對光進行傳輸時,兩束光的對準、耦合就會要求非常高的對準精度。芯明天壓電宏微復合平臺可選1至3維運動,是千分尺粗調(diào)與壓電精調(diào)的結(jié)合。
型號舉例
型號 | X65P83S/K | XYZ65P84S/K250 |
運動軸 | X | X Y Z |
粗調(diào)行程 | 13mm | 13mm |
精調(diào)行程 | 25μm | 250μm |
分辨率 | 0.5nm | 2nm |
承載能力 | 1.5kg | 0.2kg |
壓電移相器應用于光路調(diào)整
芯明天具有幾十種壓電移相器,中心孔徑由φ36mm至φ310mm不等,承載能力可高達25kg,可正立、倒置、側(cè)臥等使用,是專門針對各類光學鏡片檢測儀器設(shè)計、生產(chǎn),如激光干涉儀。
芯明天壓電移相器產(chǎn)生一維直線運動,行程在12μm以上,采用直驅(qū)式驅(qū)動,因此承載能力強,步進分辨率高。
型號舉例
型號 | 中心孔徑 | 分辨率 | 承載能力 |
P77.S/K36 | φ36mm | 0.2nm | 正立:7kg臥式:1kg倒置:5kg |
P77.S/K106 | φ106mm | 0.2nm | 正立:15kg臥式:5kg倒置:10kg |
P77.S/K154 | φ155mm | 0.2nm | 正立:25kg臥式:20kg倒置:25kg |
P77.S/K310 | φ310mm | 0.2nm | 正立:12kg臥式:12kg倒置:12kg |
P77A.100S/K75 | φ75mm | 1nm | 倒置:3kg |
壓電物鏡定位器應用于光學聚焦
芯明天壓電物鏡定位器是專門為光的聚焦而設(shè)計的Z向運動壓電微運動臺,采用無回差柔性鉸鏈并聯(lián)導向機構(gòu)設(shè)計,具有超高聚焦穩(wěn)定性。光路通過物鏡頭進行聚焦,焦點的位置是通過壓電物鏡定位器進行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的精度可達納米量級。
壓電物鏡定位器一般裝入顯微檢測/測量或觀測裝置,帶載物鏡頭進行精密定位調(diào)整,可與多種高分辨率顯微鏡配合使用。
芯明天壓電物鏡定位器的運動效果如下圖所示。
型號舉例
...
結(jié)語
以上展示了芯明天部分應用于光路調(diào)整的壓電微運動產(chǎn)品,更多光路調(diào)整應用產(chǎn)品,將持續(xù)更新。
若您對壓電納米運動與控制產(chǎn)品的選擇有疑問,歡迎您聯(lián)系芯明天,我們的工程師將為您推薦適用于您應用的壓電微運動產(chǎn)品。
審核編輯:湯梓紅
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