П’єзоелектричний оптичний дефлектор

П’єзоелектричний (ПЕ) оптичний дефлектор (англ. Piezoelectric optical scanner) – пристрій, в якому відхилення оптичного променю у просторі досягається за допомогою зворотного п’єзоелектричного ефекту, що проявляється в деформації внесеного в електричне поле кристалу при певній орієнтації силових ліній поля та електричної осі кристалу і використанні цієї деформації для механічного повертання дзеркального відбивача. 

Схеми п’єзоелектричних оптичних дефлекторів

Явище п’єзоелектричного ефекту є характерним для кристалів-діелектриків, в яких відсутній центр симетрії Для виготовлення п’єзоелементів оптичних дефлекторів часто використовується п'єзокераміка. 

Класифікація п’єзоелектричних оптичних дефлекторів

За просторовим відхиленням оптичного променю:

• однокоординатні
• двохкоордидатні

За числом біморфних пластин, що використовуються для однокоординатного відхиленням оптичного променю:

• однопластинчаті
• двопластинчаті

За конструктивними особливостями:

• пасивно-активні п’єзоелектричні оптичні дефлектори
• торцьові п’єзоелектричні оптичні дефлектори
• пружиноопорні п’єзоелектричні оптичні дефлектори
• п’єзоелектричні оптичні дефлектори зі спеціальним кріпленням дзеркального відбивача
• двохпластинчаті п’єзоелектричні оптичні дефлектори
• багатопрошаркові п’єзоелектричні оптичні дефлектори
• зіставлені п’єзоелектричні оптичні дефлектори
• п’єзоелектричні оптичні дефлектори з акустичними концентраторами
• фрикційні п’єзоелектричні оптичні дефлектори

Схеми п’єзоелектричних оптичних дефлекторів

Пластинчатий пасивно-активний п’єзоелектричний оптичний дефлектор (а) складається з двох ділянок: активної у вигляді біморфного п’єзоелемента та пасивної у вигляді тонкої гнучкої металевої пластини.

Торцьовий дефлектор (b) включає біморфний п’єзоелемент, на торці якого закріплено дзеркальний відбивач зі скла або берилію.

В пружиноопорному п’єзоелектричному оптичному дефлекторі (c) дзеркальний відбивач встановлений на пружинній опорі, що є центром обертання. Приводом дзеркального відбивача служить біморфна п’єзоелектрична пластина.

П’єзоелектричний оптичний дефлектор зі спеціальним кріпленням дзеркального відбивача (d) є торцьовим ПЕ дефлектором, у якого площина дзеркального відбивача паралельна площині біморфного п`єзоелемента, а центр мас дзеркального відбивача наближений до центру його обертання.

Двохпластинчатий біморфний п’єзоелектричний оптичний дефлектор (е) включає дзеркальний відбивач та два біморфних п`єзоелемента. Один край кожного п`єзоелемента кріпиться консольно до основи, а інший – до ближнього або віддаленого краю дзеркального відбивача. Центр мас дзеркального відбивача практично збігається з центром його обертання.

В багатопрошарковому п’єзоелектричному оптичному дефлекторі (f) активні елементи складаються з певної кількості тонких п’єзоелектричних пластин – прошарків. Напрямок робочої деформації елемента перпендикулярний вектору напруженості електричного поля, а при розрахунку амплітуди робочої деформації елементів враховується п’єзоелектричний модуль d₃₁.

В зіставленому п’єзоелектричному оптичному дефлекторі (g) активний елемент складається з великої кількості п`єзоелементів. Напрямок робочої деформації п`єзоелементів колінеарний вектору напруженості електричного поля, а при розрахунках амплітуди робочої деформації використовується п’єзоелектричний модуль d₃₃, що приблизно в 3 рази перевищує п’єзоелектричний модуль d₃₁.

П’єзоелектричний оптичний дефлектор з акустичним концентратором (h) є пристроєм, в якому збільшення кутового переміщення дзеркального відбивача, а відповідно, і скануючого оптичного пучка досягається за рахунок підсилення механічних коливань п`єзоелемента в акустичному концентраторі.

Фрикційний п’єзоелектричний оптичний дефлектор (i) є пристроєм, в якому кутове переміщення дзеркального відбивача досягається за рахунок складання послідовних у часі та просторі мікропереміщень п`єзоелементів при періодичній дії на них електричної напруги.

Див. також

• Оптичний дефлектор
• Оптико-механічний дефлектор
• Оптико-механічний голографічний дефлектор
• Магнітоелектричний оптичний дефлектор
• Дефлектор

Література

• Ребрин Ю. К. Управление оптическим лучом в пространстве / М.: Сов. Радио. 1977. – 335 с. 
• Ребрин Ю.К., Сидоров В.И. Пьезоэлектрические многоэлементные устройства управления оптическим лучом. – К.: КВВАИУ, 1987. – 104 с.
• Ребрин Ю. К., Сидоров В. И. Оптические дефлекторы. - Киев: Техніка, 1988. - 136 с.
• Ребрин Ю.К., Сидоров В.И. Голографические устройства управления оптическим лучом. – К.: КВВАИУ, 1986. – 124 с.
• Ребрин Ю. К., Сидоров В. И. Оптико-механические и голографические дефлекторы / Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника.- М.:ВИНИТИ, 1992.- 252 с.