[发明专利]基于PSD反馈的二维快速控制反射镜及其控制系统

说明书

本发明公开了一种基于PSD反馈的二维快速控制反射镜及其控制系统，所述二维快速控制反射镜包括：底座，固定于所述底座上的PSD反馈光路结构、带压电陶瓷的活动支撑结构、及不带压电陶瓷的固定支撑结构，与活动支撑结构和固定支撑结构相连的支架，以及固定于支架上的反射镜。本发明集成了基于位置敏感探测器PSD的反馈光路结构，提高了反射镜角度偏转精度；三角形支撑结构既保证了二个维度上均可偏转的同时大幅提高了结构空间利用率，使整个反射镜的结构更紧凑合理。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种基于PSD反馈的二维快速控制反射镜及其控制系统。

背景技术

自由空间光通信作为一种无线的光通信，采用激光通讯，具有通信保密性好，密度高，信号方向性强，没有同频干扰等优势。激光扫描器作为自由空间光通信的一个关键器件，其性能直接影响着其通信质量。扫描器的角度控制精度直接影响着自由空间光通信的信道稳定性，传统的转台式反射镜扫描器、多面转镜式扫描器机械结构的谐振频率低，容易引起谐振，且角度控制精度低。

传统的扫描器有转台式反射镜扫描器、多面转镜扫描器、检流计式振镜扫描器等，大多扫描频率低或者扫描线性度不高。快速控制反射镜是一种新型的激光扫描器，其根据驱动元件的不同可以分为压电陶瓷式激光扫描器和音圈电机式激光扫描器。音圈电机式激光扫描器扫描角度大，但是扫描频率较小，角度偏转精度较差，压电陶瓷式激光扫描器与之相比扫描频率高，且角度偏转精度高，适合用于自由空间光通信中。

中国专利CN 201569787 U公开了一种高速控制压电扫描装置，该装置结构示意图如图1a所示，其中，3为激光器，4a为椭圆形位移放大结构，7a为压电陶瓷，5为反射镜，15为位置敏感探测器。给两个压电陶瓷施加互为相反的驱动电压，椭圆形弹性外框将压电陶瓷伸缩方向位移放大使弹性铰链支架转动，驱动电压大小决定了反射镜偏转角度。此外扫描器上集成了一维位置敏感探测器，可以实时探测反射镜偏转角度，实现反射镜偏转角度的闭环反馈控制，进一步提高扫描线性度以及定位精度。然而该发明是一维压电激光扫描器，只能实现激光一个维度的偏转，此外其反射镜面小，反馈通道占据了很大的空间，在结构上不紧凑。

中国专利CN 103913838 A公开了一种二维快速偏转反射镜的作动机构，该装置结构示意图如图1b所示，其包括4个对称式驱动器组件，单个驱动器组件采用了杠杆式位移放大结构。通过对称两端的驱动器机械结构拉伸形变来使反射镜产生相应角度偏转。该发明中的二维快速偏转反射镜作动机构采用了杠杆式位移放大结构，具有响应速度快，角度分辨率高的特点，但是其没有集成反馈光路，即实时的反射镜偏转角度没有测量，因此不能进行闭环控制，实际工作中易受外界环境干扰，无法保证实时的反射镜偏转角度精度。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于PSD反馈的二维快速控制反射镜及其控制系统。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种基于PSD反馈的二维快速控制反射镜，其特征在于，所述二维快速控制反射镜包括：底座，固定于所述底座上的PSD反馈光路结构、带压电陶瓷的活动支撑结构、及不带压电陶瓷的固定支撑结构，与活动支撑结构和固定支撑结构相连的支架，以及固定于支架上的反射镜。

作为本发明的进一步改进，所述反馈光路结构包括沿光路依次设置的氦氖激光器、半透半反镜以及检测光斑位置的PSD。

作为本发明的进一步改进，所述底座上设有第一支撑架和第二支撑架，氦氖激光器固定安装于第一支撑架上，半透半反镜固定安装于第二支撑架上，PSD固定安装于第二支撑架内部。

作为本发明的进一步改进，所述第二支撑架的顶部朝向第一支撑架倾斜设置，所述半透半反镜倾斜安装于所述第二支撑架的顶部。

作为本发明的进一步改进，所述活动支撑结构为两个，分别包括二维柔性铰链、椭圆形位移放大结构、以及位于嵌入在椭圆形位移放大机构内的压电陶瓷。