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在成像、光通信等激光的應(yīng)用中，激光光路的穩(wěn)定都是至關(guān)重要的。

為使得激光在傳輸過(guò)程中的穩(wěn)定，芯明天利用壓電偏轉(zhuǎn)鏡搭建了一階與二階的激光穩(wěn)定系統(tǒng)。根據(jù)光源的不同而選擇，例如平行光，采用一階激光穩(wěn)定系統(tǒng)即可；而點(diǎn)光源，因其光斑的位置會(huì)有偏移，需要額外的位置校正，則需要二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)。

一階激光穩(wěn)定系統(tǒng)

一階激光穩(wěn)定系統(tǒng)的搭建結(jié)構(gòu)如下。

系統(tǒng)中部件分別為：

① E70.D3S壓電控制器，用于控制干擾用壓電偏轉(zhuǎn)鏡；

② E70.D3S壓電控制器，用于控制補(bǔ)償用壓電偏轉(zhuǎn)鏡；

③ P33.T2K壓電偏轉(zhuǎn)鏡，產(chǎn)生干擾信號(hào)，使激光產(chǎn)生抖動(dòng)；

④ P33.T2K壓電偏轉(zhuǎn)鏡，產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，使激光穩(wěn)定；

⑤ 激光器，光源；

⑥ 激光位置探測(cè)器，實(shí)時(shí)探測(cè)激光的位置

⑦ 電腦，閉環(huán)補(bǔ)償控制與補(bǔ)償效果顯示。

一階激光穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

該系統(tǒng)是采用外部位置探測(cè)器進(jìn)行閉環(huán)的壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，預(yù)先設(shè)定了光束接收的目標(biāo)位置坐標(biāo)，光源通過(guò)干擾壓電偏轉(zhuǎn)鏡、補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡的反射后，到達(dá)PSD位置探測(cè)器。原理圖如下所示。

采用外部PSD位置探測(cè)器的快速壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理圖

PSD位置探測(cè)器可對(duì)光束的光斑進(jìn)行實(shí)時(shí)位置檢測(cè)，并反饋給補(bǔ)償壓電控制器，補(bǔ)償壓電控制器對(duì)PSD位置探測(cè)器反饋的傳感器信號(hào)進(jìn)行采集、放大，同時(shí)向補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡輸出相應(yīng)的補(bǔ)償控制電壓信號(hào)，補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡根據(jù)補(bǔ)償控制電壓信號(hào)進(jìn)行快速角度調(diào)整，使得光信號(hào)準(zhǔn)確、完整的接收，從而達(dá)到成像或光通信等目的。

與采用內(nèi)置傳感器的閉環(huán)版本壓電偏轉(zhuǎn)鏡相比，開(kāi)環(huán)壓電偏轉(zhuǎn)鏡具有更快的響應(yīng)速度及更高的分辨率，因此采用外部PSD位置探測(cè)器檢測(cè)，可提高光束的調(diào)整速度。另外，PSD可直接對(duì)光斑位置進(jìn)行測(cè)量，是光束偏轉(zhuǎn)方向的直接反應(yīng)。而內(nèi)置傳感器的閉環(huán)版本壓電偏轉(zhuǎn)鏡的特點(diǎn)是使得控制電壓與偏轉(zhuǎn)角度間成線性關(guān)系，可保證壓電偏轉(zhuǎn)鏡的實(shí)際偏轉(zhuǎn)角度與預(yù)期控制調(diào)整的偏轉(zhuǎn)角度相一致。

通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示可觀看光束跟蹤及穩(wěn)定情況。

二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)

二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)的搭建結(jié)構(gòu)如下。

系統(tǒng)中部件分別為：

① 激光器，光源；

② E70.D3S壓電控制器，控制干擾用壓電偏轉(zhuǎn)鏡；

③ E70.D3S壓電控制器，控制補(bǔ)償用壓電偏轉(zhuǎn)鏡1；

④ E70.D3S壓電控制器，控制補(bǔ)償用壓電偏轉(zhuǎn)鏡2；

⑤ P33.T2K 壓電偏轉(zhuǎn)鏡，產(chǎn)生干擾信號(hào)，使激光傳輸不穩(wěn)；

⑥ P33.T2K 壓電偏轉(zhuǎn)鏡，產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)1，使激光傳輸保持穩(wěn)定；

⑦ P33.T2K 壓電偏轉(zhuǎn)鏡，產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)2，使激光傳輸保持穩(wěn)定；

⑧ 45°分光鏡；

⑨ PSD激光位置探測(cè)器1，實(shí)時(shí)探測(cè)并反饋激光的位置；

⑩ PSD激光位置探測(cè)器2，實(shí)時(shí)探測(cè)并反饋激光的位置；

? 電腦，閉環(huán)補(bǔ)償控制與補(bǔ)償效果顯示。

二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)，仍是采用外部位置探測(cè)器進(jìn)行閉環(huán)的壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同樣，預(yù)先設(shè)定了光束接收的目標(biāo)位置坐標(biāo)，光源通過(guò)干擾壓電偏轉(zhuǎn)鏡、補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡1、補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡2 的反射后，再經(jīng)過(guò)45°分光鏡的分光，分別到達(dá)各自的PSD位置探測(cè)器。

采用外部PSD位置探測(cè)器的快速壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理圖

原理與一階的類似，兩個(gè)PSD位置探測(cè)器分別對(duì)接收到的光束光斑進(jìn)行實(shí)時(shí)位置檢測(cè)，并反饋給各自控制的補(bǔ)償壓電控制器。補(bǔ)償壓電控制器對(duì)PSD位置探測(cè)器反饋的傳感器信號(hào)進(jìn)行采集、放大，同時(shí)向其控制的補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡輸出相應(yīng)的補(bǔ)償控制電壓信號(hào)，補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡根據(jù)補(bǔ)償控制電壓信號(hào)進(jìn)行快速角度調(diào)整，使得光信號(hào)準(zhǔn)確、完整的穩(wěn)定接收， 從而達(dá)到成像或光通信等目的。

二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)與一階一樣，采用的是開(kāi)環(huán)壓電偏轉(zhuǎn)鏡，具有更快的響應(yīng)速度及更高的分辨率。PSD位置探測(cè)器對(duì)光束的直接反應(yīng)信號(hào)反饋到壓電控制器，壓電控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行讀取并對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而壓電偏轉(zhuǎn)鏡做出快速偏轉(zhuǎn)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示可觀看光束跟蹤及穩(wěn)定情況。

激光穩(wěn)定系統(tǒng)軟件控制界面

在該系統(tǒng)中，當(dāng)開(kāi)啟補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡之前，位置探測(cè)器顯示的效果如下左圖中所示，光斑與目標(biāo)位置間有偏移；而在開(kāi)啟補(bǔ)償壓電偏轉(zhuǎn)鏡后，可從軟件中直觀的看到，光斑穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)位置，如下右圖所示。

經(jīng)過(guò)壓電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的補(bǔ)償控制，使得光的傳輸更加精確穩(wěn)定。其中重要的因素就是壓電偏轉(zhuǎn)鏡有超高的的偏轉(zhuǎn)精度和超快的偏轉(zhuǎn)速度。芯明天P33.T2K壓電偏轉(zhuǎn)鏡與E70.D3S壓電控制器為整個(gè)激光穩(wěn)定過(guò)程提供了納弧度級(jí)的偏轉(zhuǎn)精度及毫秒甚至亞毫秒的偏轉(zhuǎn)響應(yīng)速度，這在該系統(tǒng)中起著決定性的作用。

系統(tǒng)部件介紹

1，壓電偏轉(zhuǎn)鏡與壓電控制器

該一階、二階激光穩(wěn)定系統(tǒng)中，采用的壓電偏轉(zhuǎn)鏡與壓電控制器分別為芯明天P33.T2K壓電偏轉(zhuǎn)鏡與E70.D3S壓電控制器。

通常情況下，E70.D3S壓電伺服控制器與壓電偏轉(zhuǎn)鏡內(nèi)置的應(yīng)變傳感器反饋的信號(hào)形成閉環(huán)控制。而在該激光穩(wěn)定系統(tǒng)中，采用的是PSD位置探測(cè)器反饋的控制信號(hào)，與E70.D3S形成閉環(huán)伺服控制。

P33.T2K壓電偏轉(zhuǎn)鏡參數(shù)如下。

E70.D3S壓電控制器技術(shù)參數(shù)如下。

2，PSD位置探測(cè)器

該激光穩(wěn)定系統(tǒng)中采用的PSD位置探測(cè)器的傳感尺寸為φ7.8mm，可根據(jù)要求任意更換。

技術(shù)參數(shù)

3，激光光源

為了光在傳輸過(guò)程中的衰減不會(huì)影響光的正常傳輸與接收，該系統(tǒng)中采用的是635nm、4mW的激光器。

技術(shù)參數(shù)