用于激光稳定的快速压电偏转系统结构原理简析

2020-12-28 11:17

二阶激光稳定系统结构原理

二阶激光稳定系统，仍是采用外部位置探测器进行闭环的压电偏转系统，同样，预先设定了光束接收的目标位置坐标，光源通过干扰压电偏转镜、补偿压电偏转镜1、补偿压电偏转镜2 的反射后，再经过45°分光镜的分光，分别到达各自的PSD位置探测器。

用于激光稳定的快速压电偏转系统

采用外部PSD位置探测器的快速压电偏转系统原理图

原理与一阶的类似，两个PSD位置探测器分别对接收到的光束光斑进行实时位置检测，并反馈给各自控制的补偿压电控制器。补偿压电控制器对PSD位置探测器反馈的传感器信号进行采集、放大，同时向其控制的补偿压电偏转镜输出相应的补偿控制电压信号，补偿压电偏转镜根据补偿控制电压信号进行快速角度调整，使得光信号准确、完整的稳定接收，从而达到成像或光通信等目的。

二阶激光稳定系统与一阶一样，采用的是开环压电偏转镜，具有更快的响应速度及更高的分辨率。PSD位置探测器对光束的直接反应信号反馈到压电控制器，压电控制器对信号进行读取并对输出电压进行调节，从而压电偏转镜做出快速偏转。

通过计算机显示可观看光束跟踪及稳定情况。

用于激光稳定的快速压电偏转系统

激光稳定系统软件控制界面

在该系统中，当开启补偿压电偏转镜之前，位置探测器显示的效果如下左图中所示，光斑与目标位置间有偏移；而在开启补偿压电偏转镜后，可从软件中直观的看到，光斑稳定在预先设定的目标位置，如下右图所示。

用于激光稳定的快速压电偏转系统

经过压电偏转系统的补偿控制，使得光的传输更加精确稳定。其中重要的因素就是压电偏转镜有超高的的偏转精度和超快的偏转速度。芯明天P33．T2K压电偏转镜与E70．D3S压电控制器为整个激光稳定过程提供了纳弧度级的偏转精度及毫秒甚至亚毫秒的偏转响应速度，这在该系统中起着决定性的作用。

系统部件介绍

1，压电偏转镜与压电控制器

该一阶、二阶激光稳定系统中，采用的压电偏转镜与压电控制器分别为芯明天P33．T2K压电偏转镜与E70．D3S压电控制器。

用于激光稳定的快速压电偏转系统

通常情况下，E70．D3S压电伺服控制器与压电偏转镜内置的应变传感器反馈的信号形成闭环控制。而在该激光稳定系统中，采用的是PSD位置探测器反馈的控制信号，与E70．D3S形成闭环伺服控制。

P33．T2K压电偏转镜参数如下。

型号		P33．T2K	P33．T2S	单位
运动自由度		θx、θy	θx、θy
标称行程范围（0～120V）		±1．25 （≈±260秒）	±1．25 （≈±260秒）	mrad
行程范围（0～150V）		±1．5 （≈±300秒）	±1．5 （≈±300秒）	mrad
传感器类型		－	SGS	－
闭／开环分辨率		0．02（＜0．01秒）	0．05（≈0．01秒）	μrad
闭环线性度		－	0．1	％F．S．
闭环重复定位精度		－	0．02	％F．S．
空载谐振频率		3．7	3．7	kHz
闭／开环空载阶跃时间		1	1．5	ms
闭环空载工作频率	10％行程	1000	1000	Hz
闭环空载工作频率	100％行程	80	80	Hz