校正光束傳播方向和調(diào)整光路傾斜誤差的關(guān)鍵性器件

壓電偏轉(zhuǎn)鏡是光學(xué)系統(tǒng)中用于校正光束傳播方向和調(diào)整光路傾斜誤差的關(guān)鍵性器件，也常被稱為“快反鏡”、“傾斜鏡”、“章動(dòng)鏡”、“傾斜臺(tái)”等。
由于每個(gè)壓電偏轉(zhuǎn)鏡用戶的應(yīng)用環(huán)境對(duì)反射鏡片的要求不同，例如反射率、輕量化要求等，因此，在通常情況下，芯明天的壓電偏轉(zhuǎn)鏡是不配備反射鏡片的，確切的講，是反射鏡片下方的傾斜臺(tái)。對(duì)于光學(xué)元件因熱變形或光束傳播中的外界干擾等原因引起的光路偏移，壓電偏轉(zhuǎn)鏡可以起到補(bǔ)償作用，補(bǔ)償速度可達(dá)毫秒級(jí)，補(bǔ)償?shù)木瓤蛇_(dá)納弧度級(jí)，因此，被廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)、目標(biāo)指向、精密跟蹤、光束控制等應(yīng)用。
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壓電偏轉(zhuǎn)鏡的快速響應(yīng)

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡是一種快速控制反射鏡，在這個(gè)快反系統(tǒng)中，反射鏡片是該系統(tǒng)的主要載荷，它的尺寸、重量將影響著快反系統(tǒng)的諧振頻率及響應(yīng)速度。以芯明天P33系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡為例，同一型號(hào)下，負(fù)載鏡片重量越大，其諧振頻率將越低，如下圖所示。諧振頻率越低，相應(yīng)的工作頻率也將隨之降低。?

反射鏡片的重量也會(huì)影響到壓電偏轉(zhuǎn)鏡的響應(yīng)速度，響應(yīng)速度與工作頻率的定義是不同的，通常指的是由零位到達(dá)目標(biāo)位置所需的時(shí)間。但在實(shí)際應(yīng)用中，響應(yīng)速度經(jīng)常被以帶寬來表述。下圖為實(shí)測芯明天P34.T2S壓電偏轉(zhuǎn)鏡配套E51.B3壓電控制器，達(dá)80%偏轉(zhuǎn)行程的響應(yīng)時(shí)間為3ms，帶載200g負(fù)載后達(dá)滿行程的響應(yīng)時(shí)間約15ms。?

壓電偏轉(zhuǎn)鏡的高轉(zhuǎn)向精度

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由多支壓電陶瓷來驅(qū)動(dòng)，可通過差分控制方式來驅(qū)動(dòng)壓電偏轉(zhuǎn)鏡頂端移動(dòng)臺(tái)面的偏轉(zhuǎn)。?

在高精度、高穩(wěn)定性的電壓驅(qū)動(dòng)下，壓電陶瓷的直線位移步進(jìn)可在幾個(gè)納米范圍，轉(zhuǎn)換為壓電偏轉(zhuǎn)鏡移動(dòng)臺(tái)面的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，可使得壓電偏轉(zhuǎn)鏡的偏轉(zhuǎn)分辨率在納弧度級(jí)。但壓電陶瓷具有遲滯和蠕變特性，它的電壓與位移曲線呈現(xiàn)大致線性，但在相同電壓下的重復(fù)性很低。在動(dòng)態(tài)快速掃描應(yīng)用中，可不受該特性的影響，但在靜態(tài)或要求重復(fù)度的掃描應(yīng)用中，是不希望存在該特性的。為解決此問題，芯明天公司通過在壓電偏轉(zhuǎn)鏡內(nèi)部集成閉環(huán)傳感器，不僅不會(huì)增加壓電偏轉(zhuǎn)鏡的外形尺寸，同時(shí)保證了壓電偏轉(zhuǎn)鏡掃描及定位的精度。下圖中為開環(huán)P33.T8K與閉環(huán)P33.T8S 壓電偏轉(zhuǎn)鏡的電壓與偏轉(zhuǎn)角度曲線，從曲線中可看出，配有閉環(huán)傳感器的P33.T8S壓電偏轉(zhuǎn)鏡的電壓與位移曲線可呈線性關(guān)系。?

壓電偏轉(zhuǎn)鏡的鏡片安裝方式

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡/臺(tái)與反射鏡片間的安裝分為粘接、機(jī)械夾持、定制鏡片座或定制鏡片帽四種方式，其中較為普遍的方式為粘接和定制鏡片安裝夾具。

粘接安裝

標(biāo)準(zhǔn)鏡片的抱夾安裝

定制鏡片安裝座/帽安裝

需要注意的是，采用額外機(jī)械夾持的鏡片安裝方式，會(huì)增大壓電偏轉(zhuǎn)鏡的載荷，從而降低壓電偏轉(zhuǎn)鏡的諧振頻率及工作頻率。而粘接方式，對(duì)頻率影響較小。?

多支壓電偏轉(zhuǎn)鏡組合式壓電變形鏡

下圖中正在進(jìn)行偏轉(zhuǎn)角度測試的產(chǎn)品是芯明天P32.ZT4S壓電偏轉(zhuǎn)鏡，它可進(jìn)行θx、θy二維偏轉(zhuǎn)及Z向升降運(yùn)動(dòng)。在下圖該結(jié)構(gòu)中，共集成了8支壓電偏轉(zhuǎn)鏡，每個(gè)壓電偏轉(zhuǎn)鏡負(fù)載一面平面反射鏡片。8支壓電偏轉(zhuǎn)鏡間相互配合，驅(qū)動(dòng)8面平面反射鏡，這些平面鏡組成了更大型的變形鏡，可用于光束快速偏轉(zhuǎn)、激光合束等應(yīng)用。

上圖中的壓電偏轉(zhuǎn)鏡是通過芯明天壓電控制器驅(qū)動(dòng)，如下圖所示，是5臺(tái)壓電偏轉(zhuǎn)鏡的壓電控制器集成于一體，它是基于芯明天E70.D3S系列壓電控制器進(jìn)行安裝結(jié)構(gòu)改裝，使其更易于集成到用戶的使用結(jié)構(gòu)中。該壓電控制器的工作帶寬可達(dá)10kHz。

壓電偏轉(zhuǎn)鏡的強(qiáng)抗震能力

對(duì)于在外界振動(dòng)特殊環(huán)境中的應(yīng)用，芯明天公司采用抗振加固型壓電偏轉(zhuǎn)鏡，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，更換宇航器件，改變閉環(huán)方式，獲取更高定位精度。芯明天的壓電偏轉(zhuǎn)鏡通過第三方檢測機(jī)構(gòu)，按照《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)》中標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過振動(dòng)測試后，產(chǎn)品工作性能正常，達(dá)到相應(yīng)振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

檢測合格報(bào)告

定制航空航天擺鏡抗震測試安裝圖

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