专利名称：机电式预压力光学移相装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种光学移相器，特别是一种机电式预压力光学移相装置。
二背景技术：
在移相式激光干涉仪中，广泛使用以压电陶瓷变换器(PZT)为致动器件的机械式光学移相器(亦称作光学精密平移器)，它可以用来改变光波的波前相位。当移相干涉仪受到来自测量环境的振动干扰时，光波的波前相位产生变化导致干涉图的抖动从而影响干涉测量精度。为了获得稳定的干涉图，可以同时将PZT光学移相器作为振动反馈补偿器件对光波波前相位进行实时校正，这就在机械响应速度、运动平行度和平滑性等方面对光学移相器提出了较高的要求。传统的PZT光学移相器通过基板将光学件粘接在压电陶瓷上或者用普通弹簧将光学件夹持机构与压电陶瓷联接起来，整个构件一般只有50Hz左右的机械响应速度，仅能满足低速的移相测量需要，不能作为频率响应在4kHz以上的振动反馈补偿器件。另外，在移相过程中，传统型PZT光学移相器运动平行度一般劣于3％并且存在运动不平滑的现象，因此有必要对传统的PZT移相器进行改进。
三
发明内容
本实用新型的目在于提供一种机械响应速度快，运动平行度好且运动平滑的光学移相器，它不仅可以作为改进型光学精密平移器使用，还可以用作抗振型移相干涉仪的振动反馈补偿器件。
本实用新型的目的是这样实现的一种机电式预压力光学移相器，包括基座，基座上方设置金属圆筒，圆筒内设置PZT元件，金属圆筒的一个端面由弹性薄壁组成，PZT元件的一端中心由点接触部件与弹性薄壁中心紧密联结；金属圆筒的另一端固定在基座上，紧固镙钉穿过基座，沿中心轴线进入金属圆筒的腔体，与PZT元件的另一个端面中心接触；光学件夹持机构中设置光学件，弹性薄壁与光学件夹持机构之间设置连杆，光学件夹持机构的底座置于一个精密导向槽内。
本实用新型的主体是一个PZT元件，通过在PZT元件两端加上一定的预压力，可以提高其机械响应速度。圆柱形PZT元件置于一个圆柱形金属筒内，圆筒的一个端面由金属弹性薄壁组成，将PZT元件的一个端面中心通过点接触部件与弹性薄壁中心紧密联结。圆筒的另一端固定在基座上，紧固镙钉穿过基座，沿中心轴线进入圆筒内部与PZT元件的另一个端面中心接触。这样，PZT元件上的预压力由弹性薄壁和紧固镙钉提供，预压力的大小由紧固镙钉调节。PZT元件加上控制电压后，其轴线方向产生相应的位移，引起金属弹性薄壁形变，这个形变经连杆传递给光学件夹持机构，推动光学件沿轴向运动，从而可以达到改变光波波前相位的目的。光学件夹持机构的底座置于一个精密导向槽内，可以保证运动过程中的平行度并可使运动更平滑。此外，对光学件的夹持机构进行了轻量化的设计，使得运动部件的惯性更小，进一步提高了整个装置的机械响应速度。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点是本实用新型的机械响应速度快、运动平行度好且运动平滑，整个装置具有小型化、轻量化的特点。只要在本实用新型前端的夹持机构上固定所需口径的光学件，并将光学件表面法线与光轴对准就可以进行精确的移相和用于移相干涉仪的振动反馈补偿。如果干涉仪不进行振动反馈补偿，本装置还可以用作改进型光学精密平移器。
四

附图是根据本实用新型提出的机电式预压力光学移相装置的结构示意图。
五具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的结构和工作原理。
结合附图，本实用新型的主体是一个加上预压力的PZT元件1，圆柱形的PZT元件1由多片压电陶瓷及其金属外壳封装构成，置入内部有圆柱形腔体8的金属圆筒7内。圆筒的一个端面由金属弹性薄壁6组成，另一端和基座9固定在一起。PZT元件9的一个端面中心通过点接触部件11与金属弹性薄壁6的中心紧密联结，紧固镙钉10穿过基座9，沿中心轴线进入腔体8与PZT元件1的另一个端面中心相接触。这样，PZT元件上的预压力由金属弹性薄壁6和紧固镙钉10提供，预压力的大小由紧固镙钉10调节。当PZT元件1加上合适的预压力时，其机械响应速度与自然状态下相比有较大的提升。若给PZT元件1加上控制电压(范围在0～200V)，PZT产生轴向位移，使金属弹性薄壁6发生形变，薄壁中心的轴向也随之产生一定的位移，这个位移经连杆5传递给光学件夹持机构2，使得光学元件3的表面在轴向上也产生位移，从而可以改变经光学元件3表面反射的光波的波前相位。改变控制电压的大小能够产生不同的轴向位移，可获得相应大小的光波波前相移。光学件夹持机构2的底座置入精密导向槽4内，这样可以保证光学元件3在移动过程中的平行度并可使运动更平滑。为了进一步提高整个装置的机械响应速度，对光学件的夹持机构2作了轻量化设计，使得装置中运动部件的惯性更小。这种采用预压力设计的光学移相器其机械响应速度快、运动平行度好且运动平滑，它既可作为移相式激光干涉仪中的改进型光学精密平移器使用，又可作为能进行快速机械响应的光波波前振动反馈补偿器件。
权利要求1.一种机电式预压力光学移相装置，包括基座[9]，其特征在于基座上方设置金属圆筒[7]，圆筒内设置PZT元件[1]，金属圆筒的一个端面由弹性薄壁[6]组成，PZT元件[1]的一端中心由点接触部件[11]与弹性薄壁中心紧密联结；金属圆筒[7]的另一端固定在基座[9]上，紧固镙钉[10]穿过基座[9]，沿中心轴线进入金属圆筒[7]的腔体[8]，与PZT元件[1]的另一个端面中心接触；光学件夹持机构[2]中设置光学件[3]，弹性薄壁[6]与光学件夹持机构[2]之间设置连杆[5]，光学件夹持机构[2]的底座置于一个精密导向槽[4]内。
2.根据权利要求1所描述的机电式预压力光学移相装置，其特征在于圆柱形PZT元件[1]设置于金属圆筒[7]内。
3.根据权利要求1或2所描述的机电式预压力光学移相装置，其特征在于紧固镙钉[10]为可调节镙钉。
专利摘要本实用新型涉及一种机电式预压力光学移相装置。包括基座，基座上方设置金属圆筒，圆筒内设置PZT元件，金属圆筒的一端由弹性薄壁组成，PZT元件的一端中心由点接触部件与弹性薄壁中心紧密联结；金属圆筒的另一端固定在基座上，紧固镙钉穿过基座，与PZT元件的另一个端面中心接触；光学件夹持机构中设置光学件，弹性薄壁与光学件夹持机构之间设置连杆，光学件夹持机构的底座置于一个精密导向槽内。本实用新型机械响应速度快、运动平行度好且运动平滑，体积小、重量轻，将光学件表面法线与光轴对准就可以进行精确的移相和用于移相干涉仪的振动反馈补偿，还可以用作改进型光学精密平移器。
文档编号G01B9/021GK2679643SQ20042002546
公开日2005年2月16日 申请日期2004年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者朱日宏, 陈磊, 吴栋, 何勇, 王青, 高志山, 乌兰图雅, 吴子明 申请人:南京理工大学