多維可調光學移相裝置

背景介紹

自上世紀70年代以來，移相干涉技術得到了長足的發展，並以其優良的測試精度廣泛套用於各種現代干涉儀中，成為光學高精度計量測試的有效方法。移相裝置是移相干涉儀中的主要部件，通過其位移變化實現波前相位的改變，其中位移調整誤差是影響干涉儀波面復原精度的主要因素之一。壓電陶瓷(電致伸縮微位移器)因為其微位移精度高、靈敏度高、回響快、易自動控制等優點而廣泛使用於移相干涉裝置中。

目前，常見的做法是以壓電陶瓷作為微位移驅動器，推動參考反射鏡做線性移動，同時微機控制光電探測器和數據採集卡對位移的干涉圖光強進行採樣和數據存儲，最後利用移相干涉的一般原理，復原出被測相位。

結構組成

多維可調光學移相裝置中每個移相裝置都由螺紋區、鎖緊結構和壓電陶瓷等組成。壓電陶瓷固定在壓電陶瓷盒內，一端通過鋼球和鏡座上的V型溝槽相接觸。壓電陶瓷盒在過渡塊的滑槽內滑動。螺栓光桿區上置有鎖緊結構，鎖緊結構固定在底座上。每個移相裝置的兩邊都布置兩根拉伸彈簧，始終保持一定的預拉力。鏡座通過左右懸臂懸掛在底座的兩個凸台上，左右懸臂的下端孔內置活動關節軸承。粗調整時旋轉調節螺栓，精調整時接通壓電陶瓷，同時移相裝置推動鏡座繞懸臂轉動。

工作原理

移相調節裝置

多維可調光學移相裝置包含三個移相調節裝置。每個移相裝置分為三個部分，壓電陶瓷區、螺紋區和鎖緊區。壓電陶瓷放置在壓電陶瓷盒內，一端通過固定在壓電陶瓷盒上，另一端抵在鏡座的V型槽內，整個壓電陶瓷盒放置在底座的滑動槽內。旋轉調節螺栓，螺紋部分旋進(出)，推動壓電陶瓷盒在滑動槽內滑動，同時壓電陶瓷另一端的鋼球推動鏡座，實現鏡座位移的變化。

當螺栓調節完成後，鎖緊結構鎖緊螺栓的光桿區，調節螺栓固定。接通壓電陶瓷的控制電壓，其軸線方向產生相應的位移，當調節螺栓固定時，壓電陶瓷的位移完全作用在鏡座上，推動鏡座實現微位移變化。由於壓電陶瓷和鏡座是球接觸，所以鏡座可以繞鋼球進行前後、俯仰、方位等多維變化。在每個移相調節裝置的兩側，都放置有一定預拉力的彈簧，以保持移相裝置和鏡座緊密接觸，提高了移相裝置的機械回響速度。

懸臂結構

鏡座和參考反射鏡通過左右兩個懸臂結構懸掛在底座的凸台上。懸臂的上下端都開有圓形孔，上端孔內穿圓柱銷，固定在凸台上，懸臂可以繞所述的圓柱銷轉動;下端孔內置活動關節軸承，關節軸承內穿圓柱銷，圓柱銷兩端置於鏡座的上的開孔內，圓柱銷可以通過活動關節軸承實現多維運動。

三個相同的移相調節裝置布置在底座上。當三個移相裝置同步推動鏡座時，鏡座通過懸臂繞圓柱銷轉動，鏡座和參考反射鏡可以實現前後線性位移變化;當三個移相調節裝置異步推動鏡座時，鏡座和參考反射鏡可以通過懸臂下端的活動關節軸承內的圓柱銷和移相裝置的球頭實現俯仰、方位等多維位置變化，滿足了裝置的不同使用和調節需要。