Optyczna modulacja fazy oparta na ceramice piezoelektrycznej PZT

Wraz z technologią produkcji i ciągłym poszerzaniem zastosowań, ceramika piezoelektryczna PZT na stałe wpisała się w wizję człowieka, a jej popularność również rośnie.

Ceramika piezoelektryczna PZT ma odwrotny efekt piezoelektryczny, to znaczy, że pod przyłożonym sygnałem napięciowym można wygenerować mikroprzemieszczenie odpowiedniego sygnału napięciowego i charakteryzuje się wysoką rozdzielczością i szybkością reakcji w mikrosekundach, co zapewnia dokładność optycznej modulacji fazy. Piezoelektryczny ceramiczny przesuwnik fazowy PZT jest również głównym elementem różnych interferometrów i zapewnia jego dokładność dysk ceramiczny piezoelektryczny będzie miał bezpośredni wpływ na dokładność pomiaru interferometru.

  W zależności od różnicy w interferencyjnej ścieżce optycznej, liczba i typy stosowanej ceramiki piezoelektrycznej PZT są różne, ogólnie można je podzielić na jedno i wielogałęziowe, a zgodnie z różnymi scenariuszami użytkowania klientów, rdzeń zapewni różnorodne rozwiązanie z modulacją fazową / ceramiką piezoelektryczną z przesunięciem fazowym. Gdy jako ośrodek propagacji światła stosowany jest światłowód, taki jak interferometr różnicowy światłowodowy, przestrajalny laser światłowodowy itp., faza światła zmienia się wraz z długością propagacji. Przykładowo, gdy światłowód nawinięty jest na ceramikę piezoelektryczną PZT, po przyłożeniu sygnału napięciowego ceramika piezoelektryczna ulega lekkiemu odkształceniu, zmieniając w ten sposób długość i współczynnik załamania światła światłowodu nawiniętego na ceramikę piezoelektryczną. Kiedy Piezo-ceramiczna rura cylindryczna ulega okresowym mikroodkształceniom, okresowo zmienia się długość włókna, okresowo zmienia się także faza rozchodzącego się światła. W tym scenariuszu typy opcjonalnej ceramiki piezoelektrycznej PZT są bardzo zróżnicowane, na co wpływa wiele czynników, takich jak rozmiar, czas opóźnienia i metody regulacji.

Rozciągacz włókien piezoelektrycznych

W tej sytuacji można zastosować ekspander do rozciągania włókien, który występuje w dwóch wersjach, obie z rowkiem nawojowym włókna, włókno można nawinąć bezpośrednio w rowku, a długość nawiniętego włókna może osiągnąć 100 metrów powyżej. Jego zakres przemieszczenia jest duży, a przemieszczenie promieniowe może osiągnąć 80 μm, co może znacznie zmniejszyć napięcie sterujące i nadal powodować duże przemieszczenie. Na przykład przy napięciu 10 V przemieszczenie promieniowe może nadal sięgać ponad 5 μm.

Pusty, piezoelektryczny stos ceramiczny

Innym sposobem jest użycie pustego w środku piezoelektrycznego stosu ceramicznego, który odkształca się na całej długości i ma otwór przelotowy pośrodku. Poprzez okresowe odkształcenie wydłużające ceramiki piezoelektrycznej można okresowo zmieniać długość propagacji światła, zmieniając w ten sposób fazę światła. Ten rodzaj ceramiki piezoelektrycznej może powodować przemieszczenie > 1,5 μm pod napięciem 15 V i zasadniczo eliminować negatywne skutki powodowane przez sygnał napięciowy.

Przetwornik piezoelektryczny z ceramiki piezoelektrycznej ma tolerancję wymiarową ± 0,01 mm i płaskość do ± 5 μm, co jest bardzo odpowiednie do modulacji fazowej światłowodów i może zagwarantować dokładność interferometrów.

Częstotliwość i amplituda wyjściowego natężenia światła interferometru światłowodowego mają liniową zależność od częstotliwości i wielkości sygnału napięciowego przyłożonego do ceramiki piezoelektrycznej PZT. Interferometr wykorzystujący wydrążony piezoelektryczny ceramiczny modulator fazy optycznej charakteryzuje się bardzo dużą czułością i doskonale nadaje się do monitorowania źródeł drgań w środowisku zewnętrznym, a także monitorowania częstotliwości i amplitudy drgań źródła drgań.

Ceramiczna rurka piezoelektryczna w kształcie rurki

Innym sposobem jest użycie piezoelektrycznych rurek/pierścieni ceramicznych. Wywołuje ruchy rozszerzania i kurczenia się w kierunku promieniowym. Pod wpływem okresowego sygnału napięciowego piezoelektryczna rura ceramiczna wytwarza okresowy ruch rozszerzający, co powoduje okresową zmianę długości i współczynnika załamania światła światłowodu nawiniętego na powierzchnię średnicy zewnętrznej, tym samym okresową zmianę fazy przepuszczanego światła.

W interferometrach o dużej średnicy stosowane są piezoelektryczne przesuwniki fazowe. Zasada jest taka sama i wspomina się tu również o interferometrach o dużej średnicy. W przypadku poziomej ścieżki optycznej interferometru Fizeau o dużej średnicy stosowanym przez niego odbłyśnikiem jest zazwyczaj cięższa soczewka sferyczna, a proces pomiaru polega na dostosowaniu położenia odbłyśnika. Pojedyncza ceramika piezoelektryczna PZT jest trudna do spełnienia wymagań, dlatego zazwyczaj wewnętrznie stosuje się wiele ceramiki piezoelektrycznej PZT, równomiernie rozmieszczonych wokół koncentrycznego okręgu.

Interferometry o dużej średnicy mają zazwyczaj większe obciążone soczewki i wymagają większych środkowych otworów przelotowych. W przypadku tego wymagania aplikacyjnego rdzeń może zaprojektować na zamówienie piezoelektryczne przesuwniki fazowe PZT zgodnie ze strukturą interferometru, takie jak piezoelektryczne przesuwniki fazowe serii P77. Ma nośność do 15 kg w przypadku umieszczenia w pozycji pionowej, 5 kg w przypadku umieszczenia poziomego i 10 kg w przypadku umieszczenia do góry nogami, a centralny przezroczysty otwór można dowolnie wybrać w zakresie od φ36 do φ260 mm i można go dostosować do większych otworów i większych obciążeń. Obecnie skok standardowego produktu wynosi 6 μm, 20 μm, 50 μm itp. Ten rodzaj piezoelektrycznego przesuwnika fazowego jest bardzo odpowiedni dla interferometru laserowego, używanego do wykrywania płaskości soczewek itp.