光路调整中，可以利用哪些压电微纳米运动产品工具？

光是一种电磁波，电磁波具有幅度、频率、相位等特点，通过调节电磁波的这三种特性，可以表达不同的状态，通常称为调幅、调频、调相。

光学科学与许多学科相关，包括天文学、各种工程领域、摄影和医学（尤其是眼科和验光仪，称为生理光学）。在各种技术和日常物体中也都可以找到光学的实际应用，包括镜片、镜头、望远镜、显微镜、激光器和光纤等。

在各种光学的应用中，想利用光达到应用的目的，就需要对光进行控制，包括方向、相位等。而这些调整控制，都需要相应的调整工具。并且，因光的波长一般在微米、纳米间，因此对光的参数调整，通常要求非常高的精度。

芯明天专注于压电纳米运动与控制系统，专为高精度的运动控制提供解决方案。在光路调整中，可以选择芯明天的哪些压电微纳米运动产品？

一、光路的方向控制（光路偏转）

光路的方向是指光传输的方向，光路的方向控制是指改变光的传输方向。可以选择以下几种产品对光路的方向进行调节。

压电偏转镜应用于快速光路偏转

芯明天压电偏转镜内部采用差分控制方式，驱动内部压电陶瓷以推拉形式运动，使得压电偏转镜的移动平面产生偏转运动。它的特点是偏转速率快、偏转分辨率高，分别可达毫秒量级、纳弧度量级。

芯明天压电偏转镜可产生θx、θy两轴偏转运动，也可选配Z向直线运动。运动效果如下所示。

压电偏转镜的特点使其非常适用于光路的方向控制，且它的反应迅速，使得它的应用范围非常广泛，从科研到工业，再到宇航，都有压电偏转镜的身影。例如，在科研的激光光路稳定实验中光路的控制，工业应用里激光加工中光路的控制，宇航中的激光通信、图像稳定的光路控制等。

型号举例

 

 

型号	类型	偏转范围	分辨率
P32	三维运动	0~15mrad0~55μm	0.05~0.4μrad0.5~2nm
P33	多功能型	0~10mrad	0.02~0.3μrad
P34	大负载型	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偏转	0~3mrad	0.03~0.08μrad
S23	中空型三维运动	0~1.5mrad0~10μm	0.02μrad0.08nm
S30	高动态	0~3mrad	0.02~0.1μrad
S34	大负载	0~2.5mrad	0.02~0.07μrad
S37	抗振型	0~13.5mrad	0.03~0.35μrad
S38	小体积	0~2.4mrad	0.01~0.07μrad
XD304	高动态	0~2.4mrad	0.01~0.07μrad

 

 

芯明天已为多颗卫星提供压电偏转镜及低功耗、小体积板卡式控制系统，其中有搭载激光通信系统的低轨卫星、搭载激光通信系统的高轨卫星、搭载成像仪的低轨卫星、搭载磁象仪的低轨卫星、搭载导航系统的高轨卫星以及其他商业卫星等。芯明天已形成涵盖工业级、军品级、宇航级多个系列的高可靠性压电偏转镜与驱动控制产品。

压电偏摆台应用于光路偏转

压电偏摆台的原理与压电偏转镜的原理基本相同，但两者间的外观不太相同。压电偏摆台是专为面积较大的反射或透射镜片而设计。它具有中心通孔，且孔径较大，可达96mm×96mm，可带载的镜片尺寸达110mm×110mm。

压电偏摆台的运动轴为θx、θy，偏转行程一般约为2mrad。压电偏摆台也可选择Z向运动。它的运动效果如下所示。

压电偏摆台非常适用于远距离激光合束对准应用，可将对准分辨率保持在0.01秒。

压电偏摆台的出厂前测试

型号举例

 

 

型号	运动轴	行程范围	承载能力	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

 

 

二维偏转压电镜架应用于自动光路偏转

二维偏转压电镜架的偏转动作是基于两支压电螺钉来驱动完成，两轴间采用共轴心点，每支压电螺钉的直线运动控制了相应轴的偏转角度及方向。

二维偏转压电镜架与压电偏转镜相比，它具有更大的偏转范围，但它的偏转速度相对压电偏转镜要慢的多。

运动效果如下图所示。

型号举例

 

 

型号	偏转范围	卡装镜片直径	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

 

 

压电宏微复合式移相器用于光路调节

压电宏微复合式移相器是手动偏转调节与直线压电促动相结合，手调偏转部分具有多种调节架可选。直线压电促动器部分也具有多种选择，可选大位移或小位移型。直线压电促动器部分，大位移版本可达百微米范围以上，小位移版本位移约1μm左右。

该压电移相器是专为光学相移应用而设计，它的直线促动是通过电压控制，可进行超快速（µs级）步进调节，同时，可通过手动调节θx、θy 两轴的偏转角度，角度调节范围可达±4°。将镜片调节与相移步进相结合，使其更方便于像移、干涉测量等光路调节应用。

它的运动效果如下所示。

型号举例

 

 

型号	手调偏转范围	压电直线范围	压电驱动电压
ZT50M14S7（带传感器）	±3°	9μm	0~150V
ZT50M14K7	±3°	9μm	0~150V
ZT50M14S120（带传感器）	±3°	114μm	0~150V
ZT35H80K	±4°	3.73μm（0.7μm@150V）	0~800V

 

 

二、光路的直线调节

光路的直线调节是指不改变光的方向，只对光的直线传输的路径进行调节，可以改变光的相位、频率等。

PZT压电陶瓷片/叠堆应用于光路的直线调节

压电陶瓷片/叠堆是相对较小的移相器，最小的尺寸可达1.22×1.3×1.7mm^3。在使用中，需将反射镜片或透射镜片直接粘贴于压电陶瓷片/叠堆上。

PZT压电元件在电压驱动下，产生直线运动位移，从而带动反射镜片/透射镜片进行直线前进或后退，从而引起光路径长度的变化。

参数举例

注：芯明天具有上千种压电陶瓷型号，详细参数请见芯明天产品样册或官网。

PZT压电陶瓷产生的位移量与施加的电压成基本的线性关系。例如，一款陶瓷在150V驱动下可达的位移为9μm，则在施加15V驱动电压时，它产生的位移约0.9μm。

PZT压电陶瓷片/叠堆的体积小、精度高，非常适用于受限空间中的光路调整。但压电陶瓷一经粘贴镜片后，不可进行拆卸，因为拆卸的过程会造成压电陶瓷的损坏。

封装式压电陶瓷促动器应用于光路直线调整

封装式压电陶瓷促动器是将PZT压电陶瓷元件封装于内部，并预加有预载力。封装压电促动器的结构不仅对压电陶瓷进行非常好的保护，同时它可以工作在更高的频率下，可动态使用。

封装式压电促动器的镜片安装接口也更灵活，镜片可粘贴于镜片座上，镜片座通过螺纹安装于压电促动器的移动端，易于镜片更换。

型号举例

注：更多型号请详见芯明天产品手册或官网。

封装式压电陶瓷促动器也具有环形中孔版本，中心具有通孔，且配备有镜片安装帽，镜片安装、更换更便捷。中心通孔尺寸由直径4.5mm至24mm不等。

机构放大促动器应用于直线光路调整

机构放大促动器是将PZT压电陶瓷元件的位移进行放大并输出的促动器，它适用于光学调整中要求大位移的应用。并且，该种压电促动器可选配闭环反馈传感器，可对压电促动器的位移进行线性控制。

型号举例

 

 

型号	P87.X38S
行程范围	38	μm
传感器	SGS
空载固有频率	1200	Hz

 

 

压电光纤相位调制器应用于光路调整

芯明天压电光纤相位调制器是一种光纤拉伸装置，可对缠绕于其外径凹槽内的光纤进行拉伸，拉伸的长度、频率可调。

在使用芯明天光纤相位调制器时，需注意光纤缠绕的圈数，要保证压电光纤相位调制器的出力满足光纤拉伸的出力要求。

型号举例

 

 

型号	H01.6	单位
径向标称行程@120V	5.6	μm
每圈光纤拉伸长度@120V	28	μm
径向标称行程@150V	7	μm
每圈光纤拉伸长度@150V	35	μm
径向最大推力	250	N
空载谐振频率	9500	Hz
外形尺寸	OD 55，H 8	mm

 

 

压电宏微复合平台应用于光路调整

当利用光纤对光进行传输时，两束光的对准、耦合就会要求非常高的对准精度。芯明天压电宏微复合平台可选1至3维运动，是千分尺粗调与压电精调的结合。

型号举例

 

 

型号	X65P83S/K	XYZ65P84S/K250
运动轴	X	X Y Z
粗调行程	13mm	13mm
精调行程	25μm	250μm
分辨率	0.5nm	2nm
承载能力	1.5kg	0.2kg

 

 

压电移相器应用于光路调整

芯明天具有几十种压电移相器，中心孔径由φ36mm至φ310mm不等，承载能力可高达25kg，可正立、倒置、侧卧等使用，是专门针对各类光学镜片检测仪器设计、生产，如激光干涉仪。

芯明天压电移相器产生一维直线运动，行程在12μm以上，采用直驱式驱动，因此承载能力强，步进分辨率高。

型号举例

 

 

型号	中心孔径	分辨率	承载能力
P77.S/K36	φ36mm	0.2nm	正立：7kg卧式：1kg倒置：5kg
P77.S/K106	φ106mm	0.2nm	正立：15kg卧式：5kg倒置：10kg
P77.S/K154	φ155mm	0.2nm	正立：25kg卧式：20kg倒置：25kg
P77.S/K310	φ310mm	0.2nm	正立：12kg卧式：12kg倒置：12kg
P77A.100S/K75	φ75mm	1nm	倒置：3kg

 

 

压电物镜定位器应用于光学聚焦

芯明天压电物镜定位器是专门为光的聚焦而设计的Z向运动压电微运动台，采用无回差柔性铰链并联导向机构设计，具有超高聚焦稳定性。光路通过物镜头进行聚焦，焦点的位置是通过压电物镜定位器进行调节，调节的精度可达纳米量级。

压电物镜定位器一般装入显微检测/测量或观测装置，带载物镜头进行精密定位调整，可与多种高分辨率显微镜配合使用。

芯明天压电物镜定位器的运动效果如下图所示。

型号举例

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结语

以上展示了芯明天部分应用于光路调整的压电微运动产品，更多光路调整应用产品，将持续更新。

若您对压电纳米运动与控制产品的选择有疑问，欢迎您联系芯明天，我们的工程师将为您推荐适用于您应用的压电微运动产品。

　　审核编辑：汤梓红