Пристрій для високочастотного відхилення оптичного променя

Пристрій для високочастотного відхилення оптичного променя, що містить основний елемент у вигляді біморфного елемента, утвореного п'єзокерамічними елементами, що з'єднані між собою, на одному торці якого закріплений відбивач (дзеркало), а на п'єзокерамічних елементах розміщені 3 наний з першим і другим електромагнітами і лазером. Лазер включається і виключається під час коливань першого і другого дзеркал для утворення світових тсроекційних точок [2]. Недоліками наведеного електромагнітного пристрою для відхилення дзеркала є всі тіж недоліки, що і в пристрої раніше наведеному. Відомий пристрій, який має твердотільний виконавчий елемент у вигляді сегнетокерамічного стержня з хрестоподібним розрізом закріпленим на основі з кільцевим поворотним елементом, що закріплений на переферійній частині зріза стержня. Стержень містить чотири з'єднані між собою елементи з кутовим поперечним зрізом, а на поверхнях утворюючих пластин нанесені зовнішні електроди. Електроди на поверхнях механічного з'єднання всіх кутових елементів електрично з'єднані і утворюють внутрішній електрод стержня. Зовнішні електроди стержня електрично з'єднані так, що утворюють дві вісесиметричні системи, які підключені до вихода двохканального джерела. Внутрішній електрод підключений до загального вивода джерела управління напругою. Кільцевий поворотний елемент механічно з'єднаний з робочим органом [3]. Недоліками наведеного пристрою є те, що виконуючий елемент його виконаний із сегнетоелектрика, який характеризується низькою ефективністю перетворення електричних сигналів у механічні деформації, а крім цього конструкція наведеного дефлектора містить декілька елементів. Тільки по цій причині його не можна називати "твердотілим" тобто монолітним. Наявність з'єднаних декількох елементів у конструкції знижує надійність, швидкодійність і виключає можливість використання в мікросистемних технологіях. Найбільш близьким пристроєм, який застосовується за тим же призначенням, що і заявлений, є пристрій, що включає відбивач який з'єднаний з біморфним п'єзокерамічним двокоординатним приводом з системою електродів з'єднаних з блоком управління [4]. Зазначений пристрій вибраний у якості прототипа. У наведеному пристрої, використовується мінімальна кількість елементів для забезпечення відхилення відбиваючого дзеркала, що є неодмінною умовою використання пристрою в мікросистемних технологіях. До причин, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату при використанні відомого пристрою відноситься те, що у ньому робочий елемент виконаний із двох клеєних п'єзоелектричних елементів. Клеєні п'єзоелектричні елементи з часом змінюють свої властивості та обмежують швидкодію пристроїв. Це свідчить про те, що прототип має низький рівень надійності, малу швидкодію ( не більше 20кГц - двадцять тисяч змін знака кута відхилення відбиваючого дзеркала в секунду), а значить не може бути використаний в мікросистемних технологіях. П'єзоелектричні пристрої для відхилення відбиваючого дзеркала характеризуються більшою надійністю (у порівнянні з раніше наведеними) мають високу швидкодію і зберігають свої властивості протягом значного часу (10-15 років). Крім 42787 4 цього п'єзоелектричні пристрої відхилення світового променя (дефлектори ) можуть відповідати вимогам мікросистемних технологій, тобто можуть бути виконані у вигляді мікромеханічних систем. При цьому у таких систем різко підвищується швидкодія (від сотень тисяч до мільйонів зміни знака кута відхилення відбиваючого дзеркала в секунду), вони стійкі до вібрацій та перевантажень, більш економічні і мають значний термін використання. Поставлена задача вирішується тим, що основний елемент пристрою для високочастотного відхилення оптичного променя виконаний у вигляді двох монолітних стержнів із поляризованої п'єзоелектричної кераміки консольно закріплених, які утворюють Π - подібну конструкцію у вигляді ніжок камертона, а відбивачі (дзеркала) оптичного випромінювання виконані на зрізах внутрішніх суміжних кутів торців монолітних стержнів, при цьому нахил площин відбивачів до площин торців обох стержнів знаходиться під кутом 45°. Виходячи із зазначеного, саме поєднання наведених ознак і сукупність суттєвих ознак пристрою забезпечує подвоєння амплітуди кута відхилення оптичного променя при збереженні швидкодії дефлектора оптичного випромінювання. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, що зображені на: Фіг.1 - Структурна схема для демонстрації пристрою високочастотного відхилення оптичного променя (а) та схема злектричної комутації электродних структур дефлектора камертонного типу (б). Фіг.2 - Схема відбивача оптичного променя двома, противофазно - повертаючими відбиваючими поверхнями. Пристрій високочастотного відхилення оптичного променя (Фіг.1) являє собою два тонкий призматичний стерженя 1 прямокутного поперечного перерізу з поляризованої п'єзоелектричної кераміки консольно закріплених паралельно один одному. Напрямок поляризації матеріалу стержнів 1 показане на Фіг.1. На кожну із поверхонь стержнів 1 х3 = ± h нанесена пара електродів 3. Електроди 3 підключені до джерела гармонійно змінюючого в часі різниці, електричних потенціалів u(t) = U0eіwt (U0 - амплітуда; і = - 1 ; ω - кругова частота; t час). На зрізах внутрішніх суміжних кутів торців монолітних стержнів 1, виконані відбивачі 2 (дзеркала) оптичного випромінювання при цьому нахил площин відбивачів до площин торців обох стержнів знаходиться під кутом 45°. Пристрій для високочастотного відхилення оптичного променя може бути продемонстровано на Фіг.1 де схематично зображена конструкція дефлектора камертонного типу, що забезпечує подвоєння амплітуди кута відхилення оптичного променя при збереженні швидкодії дефлектора оптичного випромінювання. Дійсно, якщо припустити, що мініатюрні відбивачі 2 повертаються в протифазі на деякий малий кут a, то світловий промінь, що йде від другого відбивача, відхиляється від первісного положення на кут 2a (Фіг.2). Таким чином, дефлектори камер 5 тонного типу дозволяють одержувати кути відхилення світлового променя, які вдвічі перевершують (за інших рівних умов) кути відхилення, які реалізуються за допомогою стержневих відомих дефлекторів. Очевидно, що повороти мініатюрних відбивачів 2 можуть бути реалізовані в результаті контрфазних коливань поперечного вигину стержнів 1, які становлять єдине ціле з поперечним стержнем 4 і утворять Π - подібну конструкцію, схожу на камертон. Π - подібний моноліт через шар клею 5 закріплюється на нерухливій і твердій підставі 6. Оскільки мова йде про частоти зміни знака кута повороту світлового променя порядку одиниць кілогерц, то єдиним способом порушення коливань поперечного вигину повздовжніх стержнів є зворотній п'єзоелектричний ефект. Для цього Π - подібнийний моноліт виготовляється з кераміки ЦТС (цирконат титанат свинцю). На поверхні х1 = ± b поздовжніх стержнів 1 по всій їхній довжині L наносяться методом вжигания срібної пасти по два електроди 3 з кожної із сторін. Між електродами 3 залишають вузький проміжок шириною 2δ. Після цього матеріал повздовжніх стрижнів 1 поляризується постійним електричним полем напруженістю порядку 2 МВ/м у напрямку координатної осі Ох1. Підстава камертона, тобто умовно виділений з монолітної конструкції стержень 4, електричній поляризації не піддається, тобто залишається ізотропним у змісті пружних і поляризаційних властивостей сегнетодієлектриків. Поляризовані елементи камертона - повздовжні стрижні 1 - здобувають властивості п'єзоєлектриків гексагональної сингонії з поворотною віссю симетрії шостого порядку орієнтованої уздовж напрямку поляризуючого поля, тобто уздовж осі Ох1. Пристрій високочастотного відхилення оптичного променя може бути продемонстровано наступним чином. Якщо електроди 3, нанесені на бічні поверхні повздовжніх стрижнів 1, підключити до джерела 42787 6 еiwt електричної напруги, що гармонічно змінюється в часі за законом, з амплітудним значенням U0 так, як це показано на Фіг.1 то в стрижнях 1 виникає напружно - деформований стан, що у першому наближенні можна апроксимувати деформаціями І інтегральними характеристиками напружного стану поперечного вигину в площині xw(1) (х2)2w(2) (х2) Ох3 із прогинами і, які проектують на координатну вісь Ох3. У підставі камертона також виникають коливання поперечного вигину, причому прогин w(4) (x3) нейтральної площини умовно виділеного з монолітної конструкції підстави камертона проектують на координатну вісь Ох2. Зовсім ясно, що характеристики напружно деформованого стану ніжок камертона, тобто стержнів 1, якщо не повністю, то значною мірою, визначаються геометричними і фізико - механічними параметрами підстави камертона. Змінюючи товщину підстави камертона можна видозмінювати умови закріплення ніжок камертона, наближаючи їх або до умов консольного закріплення при збільшенні товщини підстави, або, при зменшенні товщини, до умов вільного закріплення. Крім того, певну роль у формуванні частотно - залежних характеристик камертонного дефлектора грає твердість клейового з'єднання 5. Таким чином, подвоєння кутів повороту досягається використанням контрфазних коливань поперечного вигину ніжок камертона, а швидкодія дефлектора визначається геометричними і физико - механічними параметрами підстави камертона. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ. 1. Патент Російської Федерації №2338231, опуб. 10.11.2008р. 2. Патент Російської Федерації №2275664, опуб.04.27.2006р. 3. Патент Російської Федерації №2260828, опуб.20.09.2005р. 4. Авторське свідоцтво СРСР №1045205, опуб.30.09.1983р., бюл.№36. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 42787 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601