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激光束偏轉(zhuǎn)及其掃描在半導(dǎo)體加工、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、納米科學(xué)研究等領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，同時(shí)對其性能要求也越來越高，受其體積、掃描頻率、掃描精度、掃描分辨率等諸多因素的制約，傳統(tǒng)的掃描方式越來越難以滿足要求。

目前反射式掃描成為主流，主要的掃描器有激光振鏡和快速偏擺鏡。振鏡具有很大的擺動(dòng)角度但帶寬有限，在進(jìn)行高頻掃描時(shí)掃描最大角度和線性度都會(huì)嚴(yán)重下降。基于音圈電機(jī)或壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的快速偏轉(zhuǎn)鏡具有很高的諧振頻率、掃描角度小、分辨率高、線性度好，一般應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)、光束跟蹤和穩(wěn)定等要求快速響應(yīng)和小角度偏轉(zhuǎn)的領(lǐng)域。相比音圈電機(jī)和振鏡之類的驅(qū)動(dòng)器，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)鏡具有更快的加速度和更高的帶寬，具有零摩擦的鉸鏈導(dǎo)向，并且導(dǎo)向精確性優(yōu)良，采用應(yīng)變傳感器或電容傳感器閉環(huán)系統(tǒng)，具有更高的精度。壓電偏擺鏡采用壓電陶瓷直接驅(qū)動(dòng)，多用于圖像處理/穩(wěn)定、激光掃描、通信、光束偏轉(zhuǎn)/穩(wěn)定等系統(tǒng)。

工作原理

激光掃描工作原理如下圖所示。

圖1：激光掃描原理圖

激光束L以一定入射角照射到反射鏡上，經(jīng)反射鏡反射，投射到掃描平面上的某一點(diǎn)P(X,Y)，設(shè)θx為反射鏡在X方向的偏轉(zhuǎn)角，θy為反射鏡在Y方向的偏轉(zhuǎn)角，當(dāng)θx、θy均為0時(shí)，則光束會(huì)打在掃描平面的原點(diǎn)位置O’(0,0)。當(dāng)激光光束投射到掃描平面上的任意一點(diǎn)P（X，Y）時(shí)，對應(yīng)的X、Y軸的偏轉(zhuǎn)角分別為θx、θy，則有如下關(guān)系式：

d為反射鏡中心到掃描平面的垂直距離。反射鏡在X、Y方向按照一定的規(guī)律進(jìn)行二維偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，反射光束將在掃描平面上按照一定的規(guī)律進(jìn)行掃描。

圖1中，反射鏡沿X軸偏轉(zhuǎn)α后，Y軸不動(dòng)，光束從O’點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)。

反射鏡沿Y軸偏轉(zhuǎn)β后，X軸不動(dòng)，光束從O’點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)。

壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成

壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)通常由壓電偏轉(zhuǎn)平臺、壓電控制器及運(yùn)算控制組成，可選擇模擬或上位機(jī)軟件控制。其中，壓電偏轉(zhuǎn)平臺為執(zhí)行器，壓電控制器輸出用于控制偏轉(zhuǎn)角度的控制信號。例如下圖中展示的芯明天壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，左側(cè)為一款定制的大負(fù)載壓電偏轉(zhuǎn)鏡，右側(cè)為E70.D3S壓電控制器。

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡

高動(dòng)態(tài)型 - P33系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

特點(diǎn)

可選一維θx或二維θx、θy偏轉(zhuǎn)

偏轉(zhuǎn)范圍可達(dá)12.5mrad/軸

亞毫秒響應(yīng)時(shí)間

溫度穩(wěn)定性好

可定制適于航天應(yīng)用或真空版本

大角度型 - P35系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

特點(diǎn)

二維θx、θy偏轉(zhuǎn)

偏轉(zhuǎn)范圍達(dá)43mrad/軸

分辨率可達(dá)1μrad

空載諧振頻率達(dá)1.75kHz

可定制

大負(fù)載型 - P34系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

特點(diǎn)

θx、θy 二維偏轉(zhuǎn)

可加載φ80mm鏡片

偏轉(zhuǎn)范圍可達(dá)6mrad/軸

閉環(huán)定位精度高

可定制

小體積型 - S33系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

特點(diǎn)

θx、θy 二維偏轉(zhuǎn)

可選行程1.5或3mrad/軸

結(jié)構(gòu)小巧，外徑僅20mm

可選閉環(huán)傳感器

可定制

抗振動(dòng)型 - S37系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

特點(diǎn)

θx、θy 二維偏轉(zhuǎn)

偏轉(zhuǎn)角度可達(dá)13.5mrad/軸

抗振加固、高可靠性

全閉環(huán)、高精度

開/閉環(huán)可選

工業(yè)級/航天宇航級