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图文详解快反镜的工作原理与典型应用

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  • 发布时间:2023-04-07 14:43
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【概要描述】

图文详解快反镜的工作原理与典型应用

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关于快反镜
快速反射镜(FSM)简称“快反镜”,是可以精确控制光束方向的一种光、机、电一体化精密装置,通常也称为偏摆镜或精瞄镜。与高灵敏度、高响应速度的传感器相结合, 构成高精度光学扫描跟踪系统, 具有极高的角度分辨率、响应速度和带宽。
快反镜是光电精密跟踪系统中重要的一部分,用来精确控制光束方向。快反镜响应速度快,控制精度高。可以用来校正光路中的倾斜误差,也可以用来稳定光束的指向,还可以用在快速跟踪系统中。快反镜在驱动元件作用下控制反射镜面的快速高频转动,实现光束的高速精确指向、稳定和跟踪。
 
快反镜的工作原理
快反镜主要由压电陶瓷、柔性铰链、壳体、位移传感器及其内部走线组成。其中驱动元件为压电陶瓷,传动机构为柔性铰链,测量元件是应变片,反射镜以螺纹连接或吸附的方式安装于压电偏摆镜的运动平台上,以反射镜反射激光确定角度的偏转,从而实现高精度定位。
以四点驱动快反镜为例,二维工作台示意图如下,其中A、B、C、D都是压电陶瓷驱动器,此快速偏摆镜四个驱动元件在XY 平面内成90°均布。
偏摆镜是利用压电陶瓷的逆压电效应驱动偏摆镜片进行工作的。在工作时,通过控制器给压电陶瓷施加电压,使其伸长或缩短,待伸长量约为自身最大位移的一半时,将此时偏转平台的镜面位置作为基准面。压电陶瓷A、C 两端的控制电压保持不变,改变安装在X轴向的两支压电陶瓷B、D 的控制电压,使其中的一支压电陶瓷伸长另一支缩短,将两支压电陶瓷的运动通过柔性环的弹性变形传动,这样就实现了偏转平台绕Y轴的偏转运动,同理,可以实现偏转镜绕X轴的偏转。
注:压电陶瓷的逆压电效应是表示通过电场使压电材料变形。
 
快反镜的应用领域
快反镜具有快速响应、高分辨率和稳定性等特点,作为精密的激光微动控制设备,常用于:激光通信、光束对准、自适用光学、超分辨率成像、光学稳像、图像运动补偿、精密的激光加工等多个领域。利用快反镜的大带宽和高精度的特点,使得光电传感器的输出图像与运动载体的各种扰动高度隔离,能达到几个μrad以内的稳定精度。
 
激光通信作为时下的热门应用之一,也是偏摆镜的常见应用领域。激光通信即自由空间激光通信,是指直接利用激光光束作为信息载体进行的平台间通信。与传统的微波通信相比,自由空间激光通信具有更多优点:
1) 增加了通信带宽,信息容量加大;
2) 通信终端尺寸小,重量轻,功耗低;
3) 方向性强,功率密度大;
4) 高度的保密性;
5) 深空对光波是一种优良的传输媒质,光波在深空中的传输损耗非常小。
在自由空间光通信 (FSO) 中,完成大量数据在地球上、飞机上或太空中的卫星之间的两点之间“传输”。正是由于激光通信光束极其狭窄的特性,使得接收端捕捉和跟踪光束变得十分困难。因此捕获、跟踪、瞄准(Acquisition、Tracking、Pointing,总称ATP)技术就成为卫星光通信的关键技术之一。快反镜则在ATP中扮演重要角色。
快反镜需要提供快速响应、高分辨率和稳定性,这是扫描、跟踪、图像稳定和自由空间光通信等应用的理想先决条件。
 
三英精控快反镜
三英精控高速偏摆镜具有高精度、快速响应等优良特点,在激光雷达、激光卫星通信、光学稳像等领域中得到广泛应用。
三英精控高速偏摆镜采用压电陶瓷驱动,内部使用无回差柔性铰链并联导向结构,采用有限方针分析优化柔性铰链结构,紧凑的差分并联结构柔性导向系统具有超高的导向精度,且具有高刚性、高负载、无磨损、免维护等特点。
高速偏摆镜内置精密位移传感器进行全闭环的位置反馈,确保了高速偏摆镜具有极佳的运动控制精度,定位精度,分辨率和稳定性可以达到纳米量级,紧凑型设计,可以更好的集成于光学系统。

三英精控还可以根据不同需求来进行定制,具有极高的灵活性,操作简便,满足不同应用场合。更多产品信息,请持续关注三英精控微信公众平台或致电咨询。

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