LT6256B - Vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys - Google Patents

Abstract

Išradimas yra priskiriamas prietaisų sričiai, konkrečiai optinių elementų lazerio spindulio valdymo sričiai. Siekiant padidinti veidrodžio sukuriamą posūkio kampą aplink vieną ašį, pagerinti įrenginio skyrą, supaprastinti konstrukciją, vieno laisvės laipsnio pjezoelektriniame lazerio spindulio krypties valdymo įrenginyje, susidedančiame iš veidrodžio judesio ir valdymo mechanizmų, veidrodžio valdymo mechanizmą sudaro radialiai poliarizuotas pjezoelektrinis cilindras 1 su ištisiniu elektrodu išoriniame paviršiuje ir dvejais elektrodais 2, 3 vidiniame paviršiuje, o veidrodžio judesio mechanizmą sudaro du nuolatiniai magnetai 4, standžiai įtvirtinti priešingose pjezoelektrinio cilindro 1 vidinėse pusėse, kontaktuojantys su feromagnetiniais sferiniais atramos elementais 5, ant kurių standžiai pritvirtintas lazerio spindulį nukreipiantis veidrodis 6. Be to, nuolatiniai magnetai 4 ir feromagnetiniai sferiniai atramos elementai 5 sudaro kinematines poras, kuriose generuojami elipsiniai judesiai, kurių dėka išgaunamas veidrodžio 6 posūkio kampas.

Description

1

LT 6256 B Išradimas yra priskiriamas prietaisų sričiai, konkrečiai optinių elementų lazerio spindulio valdymo sričiai.

Yra žinomas vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys, kurio veikimas paremtas galuose įtvirtinto stačiakampio profilio pjezoelektrinio lenkimo deformacijų vykdiklio kuriamais poslinkiais ( žiūr. „Dynamic analysis of an optical beam deflector“, Sensors and Actuators A: Physical 01/2000; DOI:10.1016/S0924-4247(99)00355-6, Rong-Fong Fung ir Shih-Chi Chao, 2000, 1-6p.). Šioje schemoje naudojamas vienas pjezoelektrinis vykdiklis, kuris savo galuose standžiai įtvirtintas korpuse, o lazerio spindulio kryptį valdantis veidrodis standžiai pritvirtintas vykdiklio centrinėje dalyje. Gembinį pjezoelektrinį vykdiklį sudaro du poliarizuotos pjezoelektrinės keramikos sluoksniai ir vario medžiagos sluoksnis patalpintas tarp jų. Dėl nesimetrinės vykdiklio konstrukcijoje esančios pjezoelektrinės medžiagos poliarizacijos, vykdiklis sukuria lenkimo deformacijas, kurių dėka centrinėje dalyje pritvirtintas veidrodis pakeičia į jį nukreipto lazerio spindulio kryptį.

Nurodyto įrenginio konstrukcijoje naudojamas pjezoelektrinis stačiakampio formos lenkimo deformacijų vykdiklis, kuris sukuria nedidelius veidrodžio posūkio kampus, kurie siekia iki 1°. Veidrodėlio sukuriamas posūkio kampas yra tiesiogiai proporcingas stačiakampio pjezoelektrinio lenkimo deformacijų vykdiklio ilgiui, todėl tai apriboja jo praktinio pritaikymo galimybes. Siekiant lazerio spindulį nukreipti norimu kampu, vykdiklį reikia žadinti pastovia, iš anksto žinoma elektros įtampa. Vykdikliui būdingas poslinkio histerezės reiškinys.

Yra žinomas vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys, kurio veikimas paremtas viename gale standžiai įtvirtintų pjezoelektrinių stačiakampio formos lenkimo deformacijų vykdiklių kuriamais poslinkiais ( žiūr. „Piezoelectrically pushed rotational micromirrors using detached PZT actuators for vvide-angle optical svvitch applications“, JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING; 18, 12; 125022, Kim, S.-J., Cho, Y.-H., Nam, H.-J. ir Bu, J.U., 2008, 1-7p.). Šiame įrenginyje naudojami keturi viename gale standžiai įtvirtinti stačiakampio formos lenkimo deformacijų vykdikliai, prie kurių galų pritvirtintas stačiakampis veidrodis, besisukantis apie tamprią ašį.

Nurodytas įrenginys pasižymi sudėtinga konstrukcija ir valdymu, sukuria nedidelius veidrodžio posūkio kampus, kurie siekia iki 5,5°. Siekiant lazerio spindulį 2

LT 6256 B nukreipti norimu kampu, vykdiklius reikia žadinti pastovia, iš anksto žinoma elektros įtampa. Vykdikliams būdingas poslinkio histerezės reiškinys.

Tikslas - padidinti veidrodžio sukuriamą posūkio kampą aplink vieną ašį, pagerinti įrenginio skyrą, supaprastinti konstrukciją. Išradimo tikslas pasiekiamas tuo, kad vieno laisvės laipsnio lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys, susidedantis iš radialiai poliarizuoto pjezoelektrinio cilindro, prie kurio elektrodų prijungiama lenkimo formos įtampa ir taip generuojami rezonansiniai vienos iš lenkimo formų virpesiai yra perduodami į du pjezoelektrinio cilindro vidinėje pusėje nejudamai įtvirtintus cilindro formos nuolatinius magnetus, kurie kontaktuoja su lazerio spindulį nukreipiančiu veidrodžiu per prie veidrodžio pritvirtintus sferinius atramos elementus, kurių sferos skersmuo $D. Sferiniai atramos elementai ir cilindro formos nuolatiniai magnetai, kurių skersmuo 0,7D, sudaro kinematines poras, kuriose susidaro elipsinės virpesių trajektorijos, kurių dėka generuojamas veidrodžio posūkis. Veidrodžio posūkio kryptis priklauso nuo to, prie kurio elektrodo prijungiama elektros įtampa. Dėka didelio dažnio (iki 200 kHz) ir mažų amplitudžių (0,2...2pm) veidrodžio posūkių skyra labai aukšta - kampinių mikrosekundžių eilės. Išradimo esmė paaiškinama 1 figūroje, kurioje yra pavaizduotas vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys: a - vaizdas iš šono, b - vaizdas iš viršaus.

Vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys susideda iš radialiai poliarizuoto pjezoelektrinio cilindro su ištisiniu elektrodu išoriniame paviršiuje 1, kurio vidiniame paviršiuje yra elektrodai 2, 3 ir tvirtinami du cilindro formos nuolatiniai magnetai 4. Nuolatinių magnetų 4 dėka feromagnetiniai sferiniai atramos elementai 5 yra pritraukiami ir taip sukuriamos dvi kinematinės poros. Veidrodis 6 standžiai tvirtinamas prie feromagnetinių sferinių atramos elementų 5. Įrenginys veikia taip.

Prijungus specifinio rezonansinio dažnio elektros įtampą prie vieno iš pjezoelektrinio cilindro 1 elektrodų 2 arba 3, radialiai poliarizuotame pjezoelektriniame cilindre 1 generuojami rezonansiniai vienos iš lenkimo formų virpesiai, kurie perduodami į nuolatinius magnetus 4. Tokiu būdu kinematinėse 3

LT 6256 B porose, kurias sudaro feromagnetiniai sferiniai atramos elementai 5 ir nuolatiniai magnetai 4, dėka elipsinių virpesių trajektorijų plokštumoje zy, generuojamas veidrodžio 6 posūkis apie ašį x, kurio kryptis priklauso nuo to, prie kurio elektrodo, 2 arba 3, prijungiama elektros įtampa.

Palyginus su prototipu, nauja konstruktyvių elementų visuma, dėka to, kad tarp nuolatinių magnetų 4 ir feromagnetinių sferinių atramos elementų 5 sudaromos aktyvios kinematinės poros, supaprastina konstrukciją, o jose generuojamas elipsinis judesys, leidžia pasiekti veidrodžio posūkio kampą iki ± 60°. Dėka didelio virpesių dažnio (iki 200 kHz) ir mažų amplitudžių (0,2...2pm) veidrodžio 6 posūkių skyra labai aukšta - kampinių mikrosekundžių eilės. Šiuo būdu virpesiai kinematinėse porose generuoja kryptingą veidrodžio 6 sukamąjį judesį. Išjungus valdymo įtampą, veidrodžio sukamasis judesys apie ašį x sustabdomas, o atsiradusi trintis kinematinėse porose leidžia palaikyti tam tikrą veidrodžio atsilenkimo kampą, nenaudojant elektrinio valdymo signalo.

Claims (2)

1. 4 LT 6256 B IŠRADIMO APIBRĖŽTIS 1. Vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys susidedantis iš veidrodžio judesio ir valdymo mechanizmų , besiskiriantis tuo, kad veidrodžio valdymo mechanizmą sudaro radialiai poliarizuotas pjezoelektrinis cilindras su ištisiniu elektrodu išoriniame paviršiuje ir dvejais elektrodais vidiniame paviršiuje, o veidrodžio judesio mechanizmą sudaro du nuolatiniai cilindro formos magnetai, standžiai įtvirtinti priešingose pjezoelektrinio cilindro vidinėse pusėse, kontaktuojantys su feromagnetiniais sferiniais atramos elementais, ant kurių standžiai pritvirtintas lazerio spindulį nukreipiantis veidrodis.
2. 2. Vieno laisvės laipsnio pjezoelektrinis lazerio spindulio krypties valdymo įrenginys pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad nuolatiniai magnetai ir feromagnetiniai sferiniai atramos elementai sudaro kinematines poras, kuriose generuojami elipsiniai judesiai, kurių dėka išgaunamas veidrodžio posūkio kampas.