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芯明天θx, θy 二维超精密压电偏转镜/快反镜

P33压电偏转镜是具有快速响应且体积紧凑等特点的偏转平台,提供顶端面的高精度角度运动,与其他执行器相比,柔性铰链导向的压电偏转平台可提供更高的加速度,使阶跃响应时间在亚毫秒范围。闭环与开环版本具有6个不同的偏转范围,最大可达27mrad的光束偏转。

特性

•  θx, θ二维偏转

•  最大偏转范围13.5mrad

•  亚毫秒响应时间

•  重复定位精度可达纳米级

•  温度稳定性高

 

θx、θy二维偏转

 

P33图1

 

典型应用

•  图像处理与稳定                 •  隔行扫描、抖动

•  激光扫描                            •  光束偏转

•  光学滤波器/开关                •  激光微加工

•  自适应光学、稳像              •  干涉

 

高动态、闭环版本精度高

P33系列压电偏转镜采用了无摩擦、柔性铰链导向结构设计,绝缘压电陶瓷驱动,实现偏转范围13.5mrad,提供更高的加速度,快速响应达毫秒量级或更快。

在机械结构的合适位置采用绝对测量的应变传感器来得到高稳定性及定位精度,他们提供了较高的带宽并向控制器发送定位反馈信号,传感器以桥式配置连接以消除热漂移从而确保优质的稳定性。

最大可带载镜片直径40mm,产品已成功应用于卫星激光通信等领域。

P33系列压电偏转镜的固定方式分底部固定及腰部固定。

 

频率负载曲线

P33图2

 

应用实例

激光通信技术由于其通信容量大、传输距离远、保密性好、抗干扰能力强等特点受到世界各国的重视,因为建立空天地海一体化通信网络势在必行,我国在激光通信技术领域已达到首屈一指水平,比如卫星激光通信、机载、舰载通信等,芯明天P33压电偏转镜系统已经成功应用于卫星激光通信及机、舰激光通信实验中。

 

P33图3

技术参数

 

型号

尾缀S-闭环

尾缀K-开环

P33.T4S

P33.T4K

P33.T8S

P33.T8K

运动自由度

θx, θy

θx, θy

 

标称行程范围

(0~120V)

5或±2.5

10或±5

mrad

±20%

最大行程范围

(-20~150V)

6.8或

±3.4

13.5或

±6.75

mrad

±20%

传感器类型

SGS/-

SGS/-

 

/开环分辨率

0.25/0.1

0.5/0.2

nm

闭环线性度

0.2/-

0.25/-

%F.S.

闭环重复定位精度

0.02/-

0.02/-

%F.S.

空载谐振频率

3.4

3.1

kHz±20%

/开环空载阶跃时间

3/2

8/4

ms±20%

闭环空载

工作频率

10%行程

500

150

Hz±20%

100%行程

40

15

静电容量

0.8/轴

14.5/轴

μF±20%

材质

 

重量

240

340

g±5%

出线长

1.5

1.5

m±10mm

*以上参数是采用E00系列压电控制器测得。

 

压电偏转镜的应用举例

卫星激光通信技术

卫星间要进行可靠的通信链路,其最关键的技术是实现对光信号的瞄准、捕获和跟踪(简称PAT)。由于卫星间的信号传输光束束宽非常窄、传输距离长,所以对卫星光通信PAT系统的控制精度要求远高于对卫星微波通信系统的要求。可靠地通信要求光收发端之间视轴跟踪精度为亚微弧度量级,所以这就对精瞄系统提出了较高精度要求,如果精瞄系统的精度和工作带宽达不到相应的要求就会导致通信链路的失败,而压电偏转镜就是系统中的精瞄准器件。

 

 

P33图4

 

天文图像稳定控制

由于1m太阳望远镜采用圆顶移开并远离望远镜的敞开式观测模式,使得望远镜跟踪系统观测时图像随风出现较大幅度的低频抖动。为解决这一问题,首先根据望远镜现有的光学系统和风载影响下焦面图像抖动的特点,在氧化钛高分辨率成像通道中设计了基于二维转镜的图像稳定系统。建立系统的传递函数,设计驱动控制使二维转镜的图像稳定系统可以稳定望远镜由随机风载引起的图像抖动。

P33图5

 

 

 

迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪是根据光的干涉原理制成的精密测量仪器,它可精密地测量长度的微小变化率等。压电陶瓷材料在电场作用下会产生伸缩且伸缩量极小,将迈克尔逊干涉仪的反射镜用压电陶瓷偏转镜,就可以测量出其逆压电系数。对于在基片上的生长有透明介质膜层的厚度测定,将样品置于迈克尔逊光路的一臂,由膜层前后两面间的反射光与来自干涉光路另一臂的反射光将产生两组干涉条纹,根据干涉条纹即可测定膜层厚度。

 

P33图6

 

天文观测自适应光学技术

在地面或低空空间光通信时,必须要考虑激光在大气介质环境下传输问题。对于强激光,其能量的损耗不仅要考虑线性效应,还需要考虑受激喇曼散射、热晕等非线性效应。大气湍流会使激光束发生闪烁、漂移和扩展,导致激光束能量衰减并偏离目标。为了补偿激光大气传输时受到的湍流等影响,可采用自适应光学技术。自适应光学技术采用实时探测大气参数和激光束波前变化的方法,来实时调整激光发射系统的光学特性,使激光以极佳方式聚焦在干扰目标上。

 

P33图7

 

光路调整

压电偏转镜可产生θx, θy偏转运动,且精度在微弧度级,可进行超高精度的角度调整。通过压电偏转镜的偏转,对光的光路进行精确微调整。已广泛应用于实验室需要光路调整的应用。

 

P33图8

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