Aprann sou Teknoloji Beam Deflection ki baze sou kominikasyon optik espas nan 3 minit

Teknoloji devyasyon gwo bout bwa se yon eleman kle nan kominikasyon lazè espas lib, ak pèfòmans li detèmine si kominikasyon lazè espas lib ka satisfè bezwen kominikasyon rapid ak ki estab. Teknoloji devyasyon gwo bout bwa ka divize an de kategori: teknoloji devyasyon gwo bout bwa mekanik ak teknoloji devyasyon gwo bout bwa ki pa mekanik. Pami yo, teknoloji devyasyon gwo bout bwa mekanik yo enkli galvanomèt eskanè, miwa kontwòl vit, ak miwa deformable sistèm mikwo-elektwomekanik; Teknoloji devyasyon gwo bout bwa ki pa mekanik gen ladan teknoloji devyasyon acousto-optik, teknoloji devyasyon ki baze sou materyèl kristal likid, ak teknoloji devyasyon elektwo-optik.

Ann pran yon gade nan karakteristik sa yo nan divès kalite teknoloji defleksyon gwo bout bwa ak kandida aplikasyon yo nan jaden an nan kominikasyon espas optik.

1.Scanning galvanomètr

Aparèy devyasyon gwo bout bwa mekanik ki pi matirite a se yon galvanomèt optik, ki se esansyèlman yon reflektè limyè ak yon tan repons etap nan milisgond/sub-milisgond ak yon presizyon pwen nan mikroradian, jan yo montre nan Figi 1.

Figi 1 Dyagram chema nan galvanomèt optik

Sistèm eskanè galvanomèt la gen yon estrikti senp, ti gwosè, gwo presizyon optik, vitès rapid, ak pri relativman ba. Sepandan, li gen pwoblèm tankou limite travay ranje, deformation pincushion, ak mete galvanomètr. Aparèy sa a te rive nan estanda pèfòmans ekselan an tèm de ang devyasyon. Pou egzanp, galvanomèt eskanè seri XG210 lanse pa konpayi Ameriken THORLABS la gen yon ang defleksyon ki rive jiska ± 20 degre. Kounye a, chèchè nan kay ak aletranje yo ap travay sou ogmante vitès optik la ak itilize metòd tankou pulsasyon lazè femtosecond ak estrikti galvanomèt milti-dimansyon amelyore pèfòmans li yo.

Sepandan, pou galvanomètr ki genyen de dimansyon ak teknoloji eskanè galvanomèt ki pi wo, estrikti sistèm lan pi konplèks, ak erè oryantasyon yo ap fèt nan aplikasyon pratik, ak bon metòd koreksyon yo oblije korije erè yo. Nan tan kap vini an, nou ka konsidere lè l sèvi avèk teknoloji kontwòl estrikti varyab ak epè ak mens teknoloji kontwòl aks konpoze de-nivo ede nan siprime erè rezidyèl. Yo ka aplike nan konstelasyon satelit ak bon anviwònman espas ak sik k ap travay kout pou reyalize swiv segondè-presizyon ak optik ak efikasite maksimòm. Anplis de sa, pouvwa a nan lazè nan kominikasyon lazè se jeneralman trè wo, kidonk chwazi materyèl galvanomèt glas ak pi wo reflektivite diminye domaj sifas se tou yon pwoblèm ki bezwen rezoud nan tan kap vini an.

2.Fast Volan Miwa

Gen de estrikti pou miwa vit volan, FSM (jan yo montre nan Figi 2): youn se estrikti ankadreman aks XY, ki rele tou estrikti sistèm arbr; lòt la se estrikti aks fleksib, ki se direksyon devlopman prensipal FSM kounye a.

Figi 2 (a) XY aks ankadreman estrikti dyagram nan miwa yo vit volan; (b) Dyagram estrikti aks fleksib nan miwa yo vit volan

Iwa kontwòl rapid la gen avantaj ki genyen nan gwo presizyon pwezante, segondè rezolisyon angilè, vitès repons rapid, ak gwosè kontra enfòmèl ant. Li se lajman ki itilize nan yon varyete sistèm optomekanik, ak estrikti nan sipò fleksib tou diminye friksyon mekanik, men nan aplikasyon pratik li mande pou Konbine ak estrikti nan ankadreman gwo inèsi, li pral mennen nan yon sèten erè optik aks.

Koulye a, sou yon bò, rechèch domestik nan jaden sa a sitou konsantre sou simulation estriktirèl la ak kontwòl sistèm nan reflektè vit, ak pwogrè nan devlopman nan nouvo reflektè se ralanti. Sa a se tou ki gen rapò ak bezwen an pou verifikasyon kontinyèl iteratif ak gwo rechèch ak devlopman depans. Se poutèt sa, devlope yon sistèm simulation jwenti pou verifikasyon fizik ka simulation pa ajiste sèten paramèt nan sistèm nan, kidonk anpil diminye sik devlopman an, jwenn pèfòmans-wo paramèt glas vit pi vit, ak amelyore efikasite optimize se yon bagay ki bezwen eksplore nan. tan kap vini an.

Nan lòt men an, latwoublay tèmik ak vibrasyon fondamantal ki egziste nan anviwònman an espas pral lakòz distòsyon aks optik ak jitter lè lonje gwo-presizyon travès. Kounye a, metòd ki egziste deja se sèvi ak yon gwo bout bwa ki konpoze de yon entèferomètr Michelson ak yon glas kontwòl vit. Montre sistèm aliyman pou konpanse pwoblèm nan erè optik aks. Sepandan, metòd sa a gen presizyon ki ba nan manyen erè mezi dinamik. Amelyore presizyon nan erè mezi dinamik pou konpanse erè nan tan reyèl se yon pwoblèm ki ta dwe rezoud nan tan kap vini an.

3.MEMS deformable glas

Mikwo-Electro-Mechanical System-Deformable Mirror (MEMS-DM) gen divès kalite tankou kondwi elektwotèmik, kondwi piezoelectric, kondwi elektwostatik ak kondwi elektwomayetik. Nan sans de lefèt ke kondwi elektwostatik gen estrikti senp, Li gen avantaj ki genyen nan vitès repons rapid ak kapasite nan travay anba siyal frekans segondè, kidonk li se sitou kondwi pa fòs elektwostatik, epi li se sitou aplike nan fòm lan nan kondansateur plat. . Estrikti li yo montre nan Figi 3.

Figi 3 MEMS deformable glas kondwi estrikti dyagram

Miwa deformable sistèm mikwoelektwomekanik yo gen avantaj ki genyen nan dansite segondè inite, tan repons kout, konsomasyon pouvwa ki ba, pri ki ba, ak bon konpatibilite sikwi entegre, epi yo pi lajman itilize nan jaden an D; sepandan, yo gen tou vitès eskanè dousman ak itilizasyon enèji limyè ki ba. , pwoblèm tankou plis limyè pèdi. Nan dènye ane yo, chèchè yo te kòmanse devlope plis actuators inite pou miwa deformable yo nan lòd yo ogmante konjesyon serebral la vag ak jwenn yon pousantaj ankadreman ki pi wo; an menm tan an, miwa deformable ak plis actuators ap mennen nan pi gwo estrès mekanik, kidonk chwazi pi lejè, pi ba-dite materyèl baz yo se wout la pi devan.

4.Acoustic ak teknoloji devyasyon limyè

Teknoloji acousto-optik devyasyon konvèti siyal elektrik wo-frekans nan vag ultrasons epi transmèt yo nan mwayen k ap travay la atravè yon transducer pou fòme yon griyaj, ki sèvi ak difraksyon vag limyè pou devye gwo bout bwa a, jan yo montre nan Figi 4. Difraksyon acousto-optik la. efè divize an difraksyon Ramanes ak difraksyon Bragg dapre longè zòn acousto-optik la. Depi difraksyon Ramanes gen efikasite itilizasyon limyè ki ba ak difraksyon Bragg gen efikasite difraksyon segondè, se difraksyon Bragg jeneralman itilize.

Figi 4 Prensip dyagram nan devyasyon acoustic ak limyè

Aparèy defleksyon akousto-optik gen avantaj ki genyen nan ti gwosè, pwa limyè, pouvwa kondwi ki ba, ak efikasite diffraction segondè. An menm tan an, teknoloji devyasyon acousto-optik tou gen kapasite pwosesis paralèl an tan reyèl, gwo Pleasant tan, konpatibilite fasil ak òdinatè, ak kontwòl otomatik. Sepandan, genyen tou enpèfeksyon sa yo: pi fò nan limyè difrakte a se limyè difrakte premye lòd, ki lakòz aparèy devyasyon acousto-optik la ki gen enpèfeksyon evidan nan seri a defleksyon gwo-ang, presizyon defleksyon ki ba, difikilte pou reyalize kontwòl amann. nan gwo bout bwa a, ak rezolisyon ki ba. , yon "efè chirp" ap parèt anba optik gwo vitès.

Lè w sèvi ak metòd tankou swiv ultrasons ak sèl kristal milti-frekans, Pleasant a efikas ka ogmante pou rezoud pwoblèm nan nan rezolisyon ki ba. Pou "efè chirp la", yo ka ajoute yon lantiy silendrik apre deflektè a pou elimine enfliyans li. Kounye a, gen anpil etid sou frekans vag acoustic ensidan yo, ak diferan metòd amelyorasyon eksperimantal yo te pote pou amelyore efikasite diffraction ak pèfòmans repons frekans deflektè acousto-optik anba ensidans vag ultrasons, men pèfòmans lan. nan ogmante ang defleksyon an te raman te analize.

Nan tan kap vini an, ka kontwole teknoloji vektè vag acoustic pou chanje direksyon ensidan vag acoustic la pou elaji ang eskanè devyasyon li yo. Lòt endikatè nan pèfòmans defleksyon deflektè acousto-optik, ki gen ladan pèfòmans Pleasant, kapasite antistatik, ak estabilite tèmik, yo tou aktyèl otspo rechèch.

5.LCD teknoloji devyasyon

Teknoloji devyasyon gwo bout bwa ki baze sou materyèl kristal likid sitou gen ladan: etalaj kristal likid etap, etalaj microlens kristal likid, ak griyaj polarize kristal likid.

Teknoloji Liquid Crystal Optical Phased Array (LCOPA) refere a aplike vòltaj nan molekil kristal likid atravè elektwòd. Depi molekil kristal likid gen yon efè birefringans kontwole elektwonikman, vòltaj la aplike kontwole degre defleksyon nan molekil kristal likid nan diferan eta, kidonk afekte vag gwo bout bwa a. Li jwe wòl modulation faz devan pou reyalize optik gwo bout bwa, jan yo montre nan Figi 5.

Figi 5 Prensip dyagram nan defleksyon etalaj etap kristal likid

LCOPA gen avantaj ki genyen nan gwo pouvwa ak kondwi vòltaj ki ba, epi li ka reyalize gwo presizyon devyasyon gwo bout bwa ak dèksterite epi pa gen okenn inèsi mekanik. Sepandan, li gen enpèfeksyon tankou tan repons long ak lajè spectre opere kout. Anplis de sa, ti ang devyasyon an limite tou ranje aplikasyon LCOPA, ki mande pou yon aparèy anplifikasyon ang pou reyalize yon pi gwo ang devyasyon. Sepandan, akòz faktè tankou ouvèti efikas la ak ang mache ale nan aparèy la anplifikasyon ang, li se kounye a difisil pou aparèy la anplifikasyon ang reyalize pi wo agrandisman ang. An menm tan an, etalaj kristal likid la pral gen plizyè lòd difraksyon pandan operasyon an, ak makonnen ak enfliyans nan efè korelasyon ki pa lineyè, efikasite defleksyon nan LCOPA ap ​​redwi.

Likid Crystal Micro-lens Array (LCMLA) konsiste de 3 lantiy etalaj, jan yo montre nan Figi 6. Konpare ak LCOPA, LCMLA gen yon ang defleksyon pi gwo epi li pa afekte pa zòn nan retounen optik, kidonk efikasite defleksyon an pi wo; afekte pa tan an chanjman nan aranjman molekilè LC nan materyèl la kristal likid, diferans nan chemen optik ki nesesè pa LCMLA se pi long pase sa yo ki nan LCOPA. Ti, epesè a ka fè pi piti, kidonk LCMLA gen yon tan repons ki pi piti pase LCOPA. Sepandan, pou reyalize optik kontinyèl devyasyon gwo bout bwa, LCMLA bezwen yo dwe itilize nan konbinezon ak kèk aparèy devyasyon amann-ang, ki ogmante konpleksite nan aplikasyon aplikasyon an. Anplis, LCMLA konpoze de yon etalaj lantiy milti-kouch, ak estabilite sistèm nan pi mal pase LCOPA. LCMLA reyalize defleksyon gwo bout bwa lè li chanje lòd prensipal gwo difraksyon limyè ki emèt la. Koerans nan espasyal nan etalaj la microlens afekte rezolisyon li yo, ki mande pou yon ti erè nan gwosè a nan microlens la, ki se yon gwo pwoblèm ki bezwen rezoud.

Figi 6 Dyagram chematik etalaj mikrolenn kristal likid

Prensip la nan likid Crystal Polarization Griyaj (LCPG) se ke limyè ensidan an pase nan polarizè a pou fòme limyè gòch ak limyè adwat, ak Lè sa a, pase nan LCPG a devye gwo bout bwa a limyè nan de direksyon diferan. Chemen limyè devyasyon an montre nan Figi 7. LCPG pa afekte pa efè kwen jaden elektrik e li gen gwo rezolisyon, kontwòl pwogramasyon, légèreté ak fleksibilite. LCPG sèlman bezwen jenere diferans nan chemen optik nan plak ekivalan mwatye vag la, ak epesè ki nesesè nan kouch kristal likid la se pi mens, konsa fè tan repons li yo pi kout. Li se vit epi li pa gen enpak nan retounen optik ki te koze pa faz reset. Anplis de sa, li kapab tou reyalize operasyon lajè spectre. Sepandan, li difisil pou yon sèl LCPG reyalize kondisyon endèks yo nan ang miltip ak yon gwo jaden de vi an menm tan an, ak milti-kouch LCPG gen kondisyon segondè sou pwosesis la preparasyon ak estabilite sistèm.

Figi 7 Dyagram chema griyaj polarizasyon kristal likid

LCOPA tradisyonèl la se limyè ak fleksib epi li ka reyalize devyasyon amann nan yon ti ranje ang. Konpleksite sistèm nan se relativman senp epi pwosesis preparasyon an se relativman matirite. Sepandan, li afekte pa zòn retounen optik ki te koze pa reset faz, e gen defisyans evidan nan efikasite devyasyon, tan repons ak lòt endikatè. , toujou bezwen amelyorasyon kontinyèl ak devlopman. LCMLA ak LCPG yo pa afekte nan zòn nan retounen optik epi yo te amelyore anpil efikasite nan devyasyon. Sepandan, yo tou de bezwen ekipe ak aparèy devyasyon amann-ang pou reyalize optik defleksyon kazi-kontinyèl nan gwo bout bwa a, epi tou de itilize milti-etap pou reyalize ang defleksyon maksimòm lan. Estrikti seri a ap mennen nan yon sistèm ki twò lontan epi ki gen estabilite relativman pòv. Konpare ak LCOPA ak LCMLA, LCPG pa sèlman gen karakteristik gwo ang devyasyon ak efikasite segondè defleksyon, men tou, gen avantaj inik nan operasyon lajè spectre, men li ka sèlman reyalize optik defleksyon gwo bout bwa ak yon entèval gwo angilè. Kounye a, teknoloji devyasyon kristal likid se pi lajman etidye nan devyasyon ki pa mekanik, men gen limit enpòtan nan reyalize gwo ang ak efikasite segondè anba kondisyon limyè ki pa polarize. Pou rezoud pwoblèm sa a, yo ka konsidere achitekti aparèy la ak kalite materyèl; lè w ap itilize aparèy griyaj polarize kristal likid, li difisil pou reyalize devyasyon ang kontinyèl nan gwo defleksyon ang. Sa yo se pwoblèm ki bezwen rezoud nan tan kap vini an.

6.Electro-optik teknoloji devyasyon

Teknoloji elektwo-optik devyasyon reyalize lè w itilize defleksyon an ki te pwodwi pa gradyan endèks refraktif pèpandikilè a direksyon pwopagasyon gwo bout bwa, jan yo montre nan Figi 8. Konpare ak lòt teknoloji, deflektè gwo bout bwa ki baze sou kristal elektwo-optik gen avantaj ki genyen nan devyasyon abitrè. ang, ti gwosè, vitès repons rapid, ak sansiblite segondè, men yo gen pwoblèm nan nan rezolisyon ki ba.

Figi 8 Prensip dyagram defleksyon elektwo-optik

Nan dènye ane yo, materyèl elektwo-optik ak efè segondè elektwo-optik yo te rapòte nan kay ak aletranje, tankou niobat ityòm, titanat barium, elatriye. Konpare ak kristal ak efè lineyè elektwo-optik, yo siperyè nan pèfòmans tankou repons. vitès ak vòltaj devyasyon. Pami yo, kristal KTN ki pi reprezantan.

KTN kristal se kristal li te ye kounye a ak pi gwo efè segondè elektwo-optik. Li gen karakteristik eksepsyonèl tankou gwo konstan dyelèktrik, pèt dyelèktrik ki ba, evidan ferroelectricity ak ekselan pwopriyete optik ki pa lineyè. Li gen yon pakèt aplikasyon trè laj nan domèn defleksyon gwo bout bwa. pwospè. Kounye a, konpayi etranje yo tankou konpayi NTT Japon an ak University of Pennsylvania nan peyi Etazini, osi byen ke domestik Harbin Enstiti Teknoloji, Nankai University, ak Shandong Academy of Sciences, te fè anpil rechèch sou karakteristik devyasyon KTN. kristal.

Konpayi NTT ak University of Pennsylvania sitou etidye teknoloji defleksyon KTN kristal ki baze sou piki chaj espas; Shandong Academy of Sciences sitou etidye teknoloji defleksyon gwo bout bwa ki te pwovoke pa gradyan konpozisyon kristal KTN; Harbin Enstiti Teknoloji ak lòt moun sitou etidye elektwòd yo nan deflektè gwo bout bwa kristal KTN. Pwoblèm jeni tankou estrikti ak tanperati opere yo te etidye.

Pwoblèm sa yo kounye a egziste: li difisil pou reyalize gwo inifòmite optik nan kwasans kristal ak satisfè bezwen aplikasyon pratik; aplikasyon toupre tanperati Curie mande pou metòd kontwòl tanperati presi; gen kesyon sou mekanis piki chaj espas ak polarite nan tanperati Curie. Pwoblèm syantifik tankou nano-rejyon an ak mekanis kontwòl nan devyasyon gwo bout bwa mande pou plis rechèch.

Yo nan lòd yo montre plis entwisyon avantaj ak dezavantaj nan chak teknoloji defleksyon, yo te fè yon analiz konparatif, jan yo montre nan Tablo 1.

Tablo 1 Konparezon teknoloji defleksyon gwo bout bwa

Rezime

Souvan itilize mekanik mikwo-elektwomekanik miwa deformable, miwa refleksyon vit ak galvanomèt optik chanje direksyon aks optik ki emèt la atravè mwayen mekanik. Presizyon yo ka rive microradians ak ang defleksyon an ka rive jwenn plizyè douzèn radians. Yo gen kandida aplikasyon lajè nan medikaman ak lòt domèn. . Sepandan, gen pwoblèm tankou estrikti konplèks, gwosè ankonbran, ak gwo konsomasyon enèji. Akòz gwo gwosè sistèm adaptasyon optik, MEMS miwa deformable nan kay ak aletranje yo sitou itilize nan jaden an D. Nan domèn defleksyon gwo bout bwa a, li difisil pou satisfè bezwen ti anviwònman espasyèl yo. pou ranpli kondisyon anwo nan syèl la chemicalization ak léger.

Ekipman devyasyon acousto-optik gen yon gwo Pleasant k ap travay, men li difisil pou satisfè presizyon devyasyon mikroradian, epi li gen gwo kondisyon sou longèdonn, ang ak enèji nan limyè ensidan an ak konsome gwo pèt enèji.

Metòd tankou etalaj kristal likid etap ak etalaj microlens gen konsomasyon pouvwa ki ba ak vòltaj kondwi ki ba, men yo gen vitès repons dousman, devyasyon angilè diskontinyèl, ang devyasyon gwo men efikasite defleksyon ki ba nan ang gwo, sa ki fè li difisil pou satisfè kondisyon travay yo nan. transmisyon gwo bandwidth.

Konpare ak lòt teknoloji, deflektè gwo bout bwa ki baze sou kristal elektwo-optik gen avantaj ki genyen nan ang devyasyon abitrè, ti gwosè, vitès repons rapid, ak sansiblite segondè. Yo konsidere yo kòm pi apwopriye a pou reyalize youn nan direksyon dirijan nan gwo vitès teknoloji devyasyon limyè. Pami divès kalite materyèl elektwo-optik, elektwo-optik deflektè ki baze sou kristal KTN gen avantaj ki genyen nan gwo-ang devyasyon, vitès repons rapid, segondè efikasite devyasyon, segondè presizyon devyasyon, operasyon lajè-bandwidth, elatriye, epi yo gen pi gwo potansyèl. nan aplikasyon nan domèn tankou espas kominikasyon optik, vin tounen yon otspo rechèch atravè mond lan. Sou yon bò, travay ki vin apre a dwe analize ak etidye karakteristik kwasans ak kondisyon kristal KTN pou grandi kristal bon jan kalite ak konpozisyon inifòm ak fòm regilye; an lòt men an, nou dwe piti piti etidye mekanis defleksyon mikwoskopik kristal KTN, ki trè enpòtan. siyifikasyon pratik.