Μάθετε για την τεχνολογία εκτροπής δέσμης που βασίζεται στην οπτική επικοινωνία του διαστήματος σε 3 λεπτά

Η τεχνολογία εκτροπής δέσμης είναι ένα βασικό συστατικό των επικοινωνιών λέιζερ ελεύθερου χώρου και η απόδοσή της καθορίζει εάν οι επικοινωνίες λέιζερ ελεύθερου χώρου μπορούν να καλύψουν γρήγορες και σταθερές ανάγκες επικοινωνίας. Η τεχνολογία εκτροπής δοκού μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: τεχνολογία μηχανικής εκτροπής δοκού και τεχνολογία μη μηχανικής εκτροπής δοκού. Μεταξύ αυτών, οι τεχνολογίες μηχανικής εκτροπής δέσμης περιλαμβάνουν γαλβανόμετρα σάρωσης, καθρέφτες γρήγορου ελέγχου και παραμορφώσιμους καθρέφτες μικρο-ηλεκτρομηχανικού συστήματος. Οι μη μηχανικές τεχνολογίες εκτροπής δέσμης περιλαμβάνουν την τεχνολογία ακουστικο-οπτικής εκτροπής, την τεχνολογία εκτροπής που βασίζεται σε υλικά υγρών κρυστάλλων και την τεχνολογία ηλεκτροοπτικής εκτροπής.

Ας ρίξουμε μια ματιά στα χαρακτηριστικά των διαφόρων τεχνολογιών εκτροπής δέσμης και τις προοπτικές εφαρμογής τους στον τομέα των διαστημικών οπτικών επικοινωνιών.

1.Γαλβανόμετρο σάρωσης

Η πιο ώριμη διάταξη μηχανικής εκτροπής δέσμης είναι ένα γαλβανόμετρο σάρωσης, το οποίο είναι ουσιαστικά ένας ανακλαστήρας φωτός με χρόνο απόκρισης βήματος χιλιοστών του δευτερολέπτου/υπο-χιλιοστά του δευτερολέπτου και ακρίβεια κατάδειξης μικροακτίνων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.

Σχήμα 1 Σχηματικό διάγραμμα γαλβανόμετρου σάρωσης

Το σύστημα σάρωσης γαλβανομέτρου έχει απλή δομή, μικρό μέγεθος, υψηλή ακρίβεια σάρωσης, γρήγορη ταχύτητα και σχετικά χαμηλό κόστος. Ωστόσο, έχει προβλήματα όπως περιορισμένο εύρος εργασίας, παραμόρφωση μαξιλαριού και φθορά του γαλβανομέτρου. Αυτή η συσκευή έχει επιτύχει εξαιρετικά πρότυπα απόδοσης όσον αφορά τη γωνία εκτροπής. Για παράδειγμα, το γαλβανόμετρο σάρωσης της σειράς XG210 που λανσαρίστηκε από την αμερικανική εταιρεία THORLABS έχει γωνία παραμόρφωσης έως και ±20 μοίρες. Επί του παρόντος, ερευνητές στο εσωτερικό και στο εξωτερικό εργάζονται για την αύξηση της ταχύτητας σάρωσης και τη χρήση μεθόδων όπως οι παλμοί λέιζερ femtosecond και οι πολυδιάστατες δομές γαλβανομέτρου για τη βελτίωση της απόδοσής του.

Ωστόσο, για δισδιάστατα γαλβανόμετρα και τεχνολογίες σάρωσης γαλβανομέτρων υψηλότερων διαστάσεων, η δομή του συστήματος είναι πιο περίπλοκη και θα προκύψουν σφάλματα προσανατολισμού σε πρακτικές εφαρμογές και απαιτούνται καλές μέθοδοι διόρθωσης για τη διόρθωση των σφαλμάτων. Στο μέλλον, μπορούμε να εξετάσουμε το ενδεχόμενο χρήσης τεχνολογίας ελέγχου μεταβλητής δομής και τεχνολογίας ελέγχου σύνθετου άξονα δύο επιπέδων παχιάς και λεπτής για να βοηθήσουμε στην καταστολή των υπολειπόμενων σφαλμάτων. Μπορούν να εφαρμοστούν σε δορυφορικούς αστερισμούς με καλά διαστημικά περιβάλλοντα και σύντομους κύκλους εργασίας για την επίτευξη παρακολούθησης και σάρωσης υψηλής ακρίβειας με μέγιστη απόδοση. Επιπλέον, η ισχύς των λέιζερ στις επικοινωνίες λέιζερ είναι γενικά πολύ υψηλή, επομένως η επιλογή υλικών καθρέφτη γαλβανομέτρου με υψηλότερη ανακλαστικότητα για τη μείωση της ζημιάς στην επιφάνεια είναι επίσης ένα πρόβλημα που πρέπει να λυθεί στο μέλλον.

2. Καθρέφτες Γρήγορου Τιμονιού

Υπάρχουν δύο δομές για τα Fast Steering Mirrors, FSM (όπως φαίνεται στο Σχήμα 2): η μία είναι η δομή πλαισίου του άξονα XY, που ονομάζεται επίσης δομή συστήματος άξονα. Το άλλο είναι η δομή του ευέλικτου άξονα, η οποία είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης του FSM προς το παρόν.

Σχήμα 2 (α) Διάγραμμα δομής πλαισίου άξονα XY των καθρεπτών ταχείας διεύθυνσης. (β) Διάγραμμα δομής εύκαμπτου άξονα των καθρεπτών ταχείας διεύθυνσης

Ο καθρέφτης γρήγορου ελέγχου έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ακρίβειας τοποθέτησης, της υψηλής γωνιακής ανάλυσης, της γρήγορης ταχύτητας απόκρισης και του συμπαγούς μεγέθους. Χρησιμοποιείται ευρέως σε μια ποικιλία οπτομηχανικών συστημάτων και η εύκαμπτη δομή στήριξης μειώνει επίσης τη μηχανική τριβή, αλλά σε πρακτικές εφαρμογές απαιτεί Σε συνδυασμό με τη δομή πλαισίου μεγάλης αδράνειας, θα οδηγήσει σε ένα ορισμένο σφάλμα οπτικού άξονα.

Επί του παρόντος, αφενός, η εγχώρια έρευνα σε αυτόν τον τομέα επικεντρώνεται κυρίως στη δομική προσομοίωση και τον έλεγχο του συστήματος ταχέων ανακλαστήρων και η πρόοδος στην ανάπτυξη νέων ανακλαστήρων είναι αργή. Αυτό σχετίζεται επίσης με την ανάγκη για συνεχή επαναληπτική επαλήθευση και υψηλό κόστος έρευνας και ανάπτυξης. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη ενός συστήματος κοινής προσομοίωσης έτσι ώστε να μπορεί να προσομοιωθεί η φυσική επαλήθευση προσαρμόζοντας ορισμένες παραμέτρους στο σύστημα, μειώνοντας έτσι σημαντικά τον κύκλο ανάπτυξης, βρίσκοντας ταχύτερες παραμέτρους υψηλής απόδοσης κατοπτρισμού και βελτιώνοντας την απόδοση βελτιστοποίησης είναι κάτι που πρέπει να διερευνηθεί στο το μέλλον.

Από την άλλη πλευρά, οι θερμικές διαταραχές και οι θεμελιώδεις δονήσεις που υπάρχουν στο διαστημικό περιβάλλον θα προκαλέσουν παραμόρφωση του οπτικού άξονα και τρέμουλο κατά την κατάδειξη δέσμης υψηλής ακρίβειας. Επί του παρόντος, η υπάρχουσα μέθοδος είναι η χρήση μιας δέσμης που αποτελείται από ένα συμβολόμετρο Michelson και έναν καθρέφτη γρήγορου ελέγχου. Σύστημα ευθυγράμμισης κατάδειξης για την αντιστάθμιση του προβλήματος του σφάλματος οπτικού άξονα. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει χαμηλή ακρίβεια στον χειρισμό σφαλμάτων δυναμικής μέτρησης. Η ενίσχυση της ακρίβειας των σφαλμάτων δυναμικής μέτρησης για την αντιστάθμιση των σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο είναι ένα πρόβλημα που θα πρέπει να λυθεί στο μέλλον.

3.MEMS παραμορφώσιμος καθρέφτης

Το Micro-Electro-Mechanical System-Deformable Mirror (MEMS-DM) έχει διάφορους τύπους όπως ηλεκτροθερμική κίνηση, πιεζοηλεκτρική κίνηση, ηλεκτροστατική κίνηση και ηλεκτρομαγνητική κίνηση. Λόγω του γεγονότος ότι η ηλεκτροστατική κίνηση έχει απλή δομή, έχει τα πλεονεκτήματα της γρήγορης ταχύτητας απόκρισης και της ικανότητας να λειτουργεί υπό σήματα υψηλής συχνότητας, επομένως οδηγείται κυρίως από ηλεκτροστατική δύναμη και εφαρμόζεται ως επί το πλείστον με τη μορφή επίπεδων πυκνωτών . Η δομή του φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3 Διάγραμμα δομής κίνησης παραμορφώσιμου καθρέφτη MEMS

Τα παραμορφώσιμα κάτοπτρα μικροηλεκτρομηχανικού συστήματος έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής πυκνότητας μονάδας, του σύντομου χρόνου απόκρισης, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, του χαμηλού κόστους και της καλής συμβατότητας με τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και χρησιμοποιούνται ευρύτερα στον τομέα της απεικόνισης. Ωστόσο, έχουν επίσης χαμηλή ταχύτητα σάρωσης και χαμηλή χρήση ενέργειας φωτός. , προβλήματα όπως περισσότερο αδέσποτο φως. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές άρχισαν να αναπτύσσουν περισσότερους ενεργοποιητές μονάδων για παραμορφώσιμους καθρέφτες, προκειμένου να αυξηθεί η διαδρομή μετώπου κύματος και να επιτευχθεί υψηλότερος ρυθμός καρέ. Ταυτόχρονα, οι παραμορφώσιμοι καθρέφτες με περισσότερους ενεργοποιητές θα οδηγήσουν σε μεγαλύτερη μηχανική καταπόνηση, επομένως η επιλογή ελαφρύτερων υλικών βάσης χαμηλότερης σκληρότητας είναι ο δρόμος προς τα εμπρός.

4. Τεχνολογία ακουστικής και ελαφριάς εκτροπής

Η τεχνολογία ακουστικο-οπτικής εκτροπής μετατρέπει ηλεκτρικά σήματα υψηλής συχνότητας σε υπερηχητικά κύματα και τα μεταδίδει στο μέσο εργασίας μέσω ενός μορφοτροπέα για να σχηματίσει ένα πλέγμα, το οποίο χρησιμοποιεί περίθλαση κυμάτων φωτός για να εκτρέψει τη δέσμη, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Η ακουστικο-οπτική περίθλαση Το φαινόμενο χωρίζεται σε περίθλαση Ramanes και περίθλαση Bragg ανάλογα με το μήκος της ακουστικο-οπτικής περιοχής. Δεδομένου ότι η περίθλαση Ramanes έχει χαμηλή απόδοση χρήσης φωτός και η περίθλαση Bragg έχει υψηλή απόδοση περίθλασης, χρησιμοποιείται γενικά η περίθλαση Bragg.

Σχήμα 4 Αρχικό διάγραμμα ακουστικής και ελαφριάς απόκλισης

Οι συσκευές ακουστικο-οπτικής εκτροπής έχουν τα πλεονεκτήματα του μικρού μεγέθους, του μικρού βάρους, της χαμηλής ισχύος οδήγησης και της υψηλής απόδοσης περίθλασης. Ταυτόχρονα, η τεχνολογία ακουστικο-οπτικής εκτροπής έχει επίσης δυνατότητες παράλληλης επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο, μεγάλο εύρος ζώνης χρόνου, εύκολη συμβατότητα με υπολογιστές και αυτόματο έλεγχο. Ωστόσο, υπάρχουν και τα ακόλουθα μειονεκτήματα: το μεγαλύτερο μέρος του περιθλαμένου φωτός είναι φως πρώτης τάξης, με αποτέλεσμα η ακουστικο-οπτική συσκευή εκτροπής να έχει εμφανείς ελλείψεις στο εύρος παραμόρφωσης μεγάλης γωνίας, χαμηλή ακρίβεια παραμόρφωσης, δυσκολία στην επίτευξη λεπτού ελέγχου της δέσμης, και χαμηλή ανάλυση. , θα εμφανιστεί ένα "φαινόμενο τσιρπ" κατά τη σάρωση υψηλής ταχύτητας.

Χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η παρακολούθηση υπερήχων και η πολυσυχνότητα μονού κρυστάλλου, το αποτελεσματικό εύρος ζώνης μπορεί να αυξηθεί για να λυθεί το πρόβλημα της χαμηλής ανάλυσης. Για το "φαινόμενο τσιρπ", μπορεί να προστεθεί ένας κυλινδρικός φακός μετά τον εκτροπέα για να εξαλειφθεί η επιρροή του. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλές μελέτες σχετικά με τη συχνότητα των προσπίπτων ακουστικών κυμάτων και έχουν πραγματοποιηθεί διαφορετικές μέθοδοι πειραματικής βελτίωσης για τη βελτίωση της απόδοσης περίθλασης και της απόδοσης απόκρισης συχνότητας του ακουστικο-οπτικού εκτροπέα υπό την επίπτωση υπερηχητικών κυμάτων, αλλά η απόδοση της αύξησης της γωνίας παραμόρφωσης σπάνια έχει αναλυθεί.

Στο μέλλον, η ελεγχόμενη τεχνολογία διανύσματος ακουστικών κυμάτων μπορεί να θεωρηθεί ότι αλλάζει την κατεύθυνση πρόσπτωσης του ακουστικού κύματος για να επεκτείνει τη γωνία σάρωσης εκτροπής. Άλλοι δείκτες της απόδοσης εκτροπής των ακουστικο-οπτικών εκτροπέων, συμπεριλαμβανομένης της απόδοσης εύρους ζώνης, της αντιστατικής ικανότητας και της θερμικής σταθερότητας, είναι επίσης τρέχοντα ερευνητικά hotspot.

5. Τεχνολογία εκτροπής LCD

Οι τεχνολογίες εκτροπής δέσμης που βασίζονται σε υλικά υγρών κρυστάλλων περιλαμβάνουν κυρίως: συστοιχίες φάσης υγρών κρυστάλλων, συστοιχίες μικροφακών υγρών κρυστάλλων και πλέγματα πόλωσης υγρών κρυστάλλων.

Η τεχνολογία υγρών κρυστάλλων οπτικής συστοιχίας φάσεων (LCOPA) αναφέρεται στην εφαρμογή τάσης σε μόρια υγρών κρυστάλλων μέσω ηλεκτροδίων. Δεδομένου ότι τα μόρια υγρών κρυστάλλων έχουν ηλεκτρονικά ελεγχόμενη επίδραση διπλής διάθλασης, η εφαρμοζόμενη τάση ελέγχει τον βαθμό εκτροπής των μορίων υγρών κρυστάλλων σε διαφορετικές καταστάσεις, επηρεάζοντας έτσι το κύμα δέσμης. Παίζει το ρόλο της διαμόρφωσης φάσης μπροστά για να πραγματοποιηθεί η σάρωση δέσμης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.

Σχήμα 5 Αρχικό διάγραμμα εκτροπής συστοιχίας σε φάση υγρών κρυστάλλων

Το LCOPA έχει τα πλεονεκτήματα της οδήγησης υψηλής ισχύος και χαμηλής τάσης και μπορεί να επιτύχει εκτροπή δέσμης υψηλής ακρίβειας με επιδεξιότητα και χωρίς μηχανική αδράνεια. Ωστόσο, έχει ελλείψεις όπως μεγάλος χρόνος απόκρισης και μικρό εύρος φάσματος λειτουργίας. Επιπλέον, η μικρή γωνία παραμόρφωσης περιορίζει επίσης το εύρος εφαρμογής του LCOPA, το οποίο απαιτεί μια συσκευή ενίσχυσης γωνίας για την επίτευξη μεγαλύτερης γωνίας εκτροπής. Ωστόσο, λόγω παραγόντων όπως το ενεργό διάφραγμα και η γωνία απομάκρυνσης της συσκευής ενίσχυσης γωνίας, είναι επί του παρόντος δύσκολο για τη συσκευή ενίσχυσης γωνίας να επιτύχει μεγαλύτερη μεγέθυνση γωνίας. Ταυτόχρονα, η συστοιχία φάσης υγρών κρυστάλλων θα έχει πολλαπλές τάξεις περίθλασης κατά τη λειτουργία και σε συνδυασμό με την επίδραση των φαινομένων μη γραμμικής συσχέτισης, η απόδοση εκτροπής του LCOPA θα μειωθεί.

Η συστοιχία μικροφακών υγρών κρυστάλλων (LCMLA) αποτελείται από 3 συστοιχίες φακών, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6. Σε σύγκριση με το LCOPA, το LCMLA έχει μεγαλύτερη γωνία εκτροπής και δεν επηρεάζεται από την οπτική ζώνη επιστροφής, επομένως η απόδοση εκτροπής είναι υψηλότερη. επηρεαζόμενη από το χρόνο αλλαγής της μοριακής διάταξης LC στο υλικό υγρών κρυστάλλων, η διαφορά οπτικής διαδρομής που απαιτείται από το LCMLA είναι μεγαλύτερη από αυτή του LCOPA. Μικρό, το πάχος μπορεί να γίνει μικρότερο, επομένως το LCMLA έχει μικρότερο χρόνο απόκρισης από το LCOPA. Ωστόσο, για να επιτευχθεί συνεχής σάρωση εκτροπής δέσμης, το LCMLA πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με ορισμένες συσκευές εκτροπής λεπτής γωνίας, γεγονός που αυξάνει την πολυπλοκότητα της εφαρμογής της εφαρμογής. Επιπλέον, το LCMLA αποτελείται από μια συστοιχία φακών πολλαπλών επιπέδων και η σταθερότητα του συστήματος είναι χειρότερη από το LCOPA. Το LCMLA επιτυγχάνει εκτροπή δέσμης αλλάζοντας την κύρια μεγάλη σειρά περίθλασης του εκπεμπόμενου φωτός. Η χωρική συνοχή της διάταξης μικροφακού επηρεάζει την ανάλυσή της, η οποία απαιτεί ένα πολύ μικρό σφάλμα στο μέγεθος του μικροφακού, το οποίο είναι ένα σημαντικό πρόβλημα που πρέπει να λυθεί.

Εικόνα 6 Σχηματικό διάγραμμα συστοιχίας μικροφακών υγρών κρυστάλλων

Η αρχή του πλέγματος πόλωσης υγρών κρυστάλλων (LCPG) είναι ότι το προσπίπτον φως περνά μέσα από τον πολωτή για να σχηματίσει αριστερό φως και φως δεξιά και στη συνέχεια διέρχεται από το LCPG για να εκτρέψει τη δέσμη φωτός σε δύο διαφορετικές κατευθύνσεις. Η διαδρομή του φωτός εκτροπής φαίνεται στο Σχήμα 7. Το LCPG δεν επηρεάζεται από το φαινόμενο άκρων ηλεκτρικού πεδίου και έχει υψηλή ανάλυση, προγραμματιζόμενο έλεγχο, ελαφρότητα και ευελιξία. Το LCPG χρειάζεται μόνο να δημιουργήσει τη διαφορά οπτικής διαδρομής της ισοδύναμης πλάκας μισού κύματος και το απαιτούμενο πάχος του στρώματος υγρών κρυστάλλων είναι λεπτότερο, καθιστώντας έτσι τον χρόνο απόκρισης μικρότερο. Είναι γρήγορο και δεν έχει την επίδραση της οπτικής επιστροφής που προκαλείται από την επαναφορά φάσης. Επιπλέον, μπορεί επίσης να επιτύχει λειτουργία ευρέος φάσματος. Ωστόσο, είναι δύσκολο για ένα μεμονωμένο LCPG να επιτύχει τις απαιτήσεις δείκτη πολλαπλών γωνιών και μεγάλου οπτικού πεδίου ταυτόχρονα, και το πολυστρωματικό LCPG έχει υψηλές απαιτήσεις στη διαδικασία προετοιμασίας και τη σταθερότητα του συστήματος.

Εικόνα 7 Σχηματικό διάγραμμα πλέγματος πόλωσης υγρών κρυστάλλων

Το παραδοσιακό LCOPA είναι ελαφρύ και εύκαμπτο και μπορεί να επιτύχει λεπτή απόκλιση σε μικρό εύρος γωνίας. Η πολυπλοκότητα του συστήματος είναι σχετικά απλή και η διαδικασία προετοιμασίας είναι σχετικά ώριμη. Ωστόσο, επηρεάζεται από την οπτική ζώνη επιστροφής που προκαλείται από την επαναφορά φάσης και υπάρχουν εμφανείς ελλείψεις στην απόδοση εκτροπής, στον χρόνο απόκρισης και σε άλλους δείκτες. , χρειάζεται ακόμα συνεχή βελτίωση και ανάπτυξη. Τα LCMLA και LCPG δεν επηρεάζονται από την οπτική ζώνη επιστροφής και έχουν βελτιώσει σημαντικά την απόδοση εκτροπής. Ωστόσο, και τα δύο πρέπει να είναι εξοπλισμένα με συσκευές παραμόρφωσης λεπτής γωνίας για να επιτευχθεί σχεδόν συνεχής σάρωση παραμόρφωσης της δέσμης και και τα δύο χρησιμοποιούν πολλαπλά στάδια για να επιτύχουν τη μέγιστη γωνία παραμόρφωσης. Η δομή της σειράς θα οδηγήσει σε ένα σύστημα που είναι πολύ μακρύ και έχει σχετικά κακή σταθερότητα. Σε σύγκριση με το LCOPA και το LCMLA, το LCPG όχι μόνο έχει τα χαρακτηριστικά της μεγάλης γωνίας παραμόρφωσης και της υψηλής απόδοσης εκτροπής, αλλά έχει επίσης το μοναδικό πλεονέκτημα της λειτουργίας ευρέος φάσματος, αλλά μπορεί να επιτύχει σάρωση εκτροπής δέσμης μόνο με μεγάλο γωνιακό διάστημα. Επί του παρόντος, η τεχνολογία εκτροπής υγρών κρυστάλλων είναι η πιο ευρέως μελετημένη στη μη μηχανική εκτροπή, αλλά υπάρχουν σημαντικοί περιορισμοί στην επίτευξη μεγάλων γωνιών και υψηλής απόδοσης υπό συνθήκες μη πολωμένου φωτός. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, μπορεί να ληφθεί υπόψη η αρχιτεκτονική της συσκευής και ο τύπος υλικού. όταν χρησιμοποιούνται συσκευές πλέγματος πόλωσης υγρών κρυστάλλων, είναι δύσκολο να επιτευχθεί συνεχής παραμόρφωση γωνίας σε μεγάλες γωνιακές παραμορφώσεις. Αυτά είναι προβλήματα που πρέπει να λυθούν στο μέλλον.

6. Τεχνολογία ηλεκτρο-οπτικής εκτροπής

Η τεχνολογία ηλεκτρο-οπτικής εκτροπής επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας την απόκλιση που δημιουργείται από την κλίση του δείκτη διάθλασης κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης της δέσμης, όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες, οι εκτροπείς δέσμης που βασίζονται σε ηλεκτροοπτικούς κρυστάλλους έχουν τα πλεονεκτήματα της αυθαίρετης εκτροπής γωνία, μικρό μέγεθος, γρήγορη ταχύτητα απόκρισης και υψηλή ευαισθησία, αλλά έχουν το πρόβλημα της χαμηλής ανάλυσης.

Σχήμα 8 Αρχικό διάγραμμα ηλεκτρο-οπτικής παραμόρφωσης

Τα τελευταία χρόνια έχουν αναφερθεί ηλεκτρο-οπτικά υλικά με δευτερεύοντα ηλεκτροοπτικά αποτελέσματα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, όπως νιοβικό λίθιο, τιτανικό βάριο κ.λπ. ταχύτητα και τάση εκτροπής. Ανάμεσά τους, τα κρύσταλλα KTN Τα πιο αντιπροσωπευτικά.

Ο κρύσταλλος KTN είναι ο επί του παρόντος γνωστός κρύσταλλος με το μεγαλύτερο δευτερεύον ηλεκτρο-οπτικό αποτέλεσμα. Έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως μεγάλη διηλεκτρική σταθερά, χαμηλή διηλεκτρική απώλεια, προφανή σιδηροηλεκτρισμό και εξαιρετικές μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες. Έχει μια πολύ μεγάλη γκάμα εφαρμογών στον τομέα της παραμόρφωσης δοκού. προοπτική. Επί του παρόντος, ξένες εταιρείες όπως η ιαπωνική NTT Company και το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια στις Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς και το εγχώριο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Harbin, το Πανεπιστήμιο Nankai και η Ακαδημία Επιστημών Shandong, έχουν κάνει πολλή έρευνα σχετικά με τα χαρακτηριστικά εκτροπής του KTN κρυστάλλους.

Η NTT Company και το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια μελέτησαν κυρίως την τεχνολογία εκτροπής δέσμης κρυστάλλου KTN που βασίζεται στην έγχυση διαστημικού φορτίου. Η Ακαδημία Επιστημών Shandong μελέτησε κυρίως την τεχνολογία εκτροπής δέσμης που προκαλείται από την κλίση σύνθεσης του κρυστάλλου KTN. Το Harbin Institute of Technology και άλλοι μελέτησαν κυρίως τα ηλεκτρόδια των εκτροπέων δέσμης κρυστάλλων KTN. Μελετήθηκαν θέματα μηχανικής όπως η δομή και η θερμοκρασία λειτουργίας.

Επί του παρόντος υπάρχουν τα ακόλουθα προβλήματα: είναι δύσκολο να επιτευχθεί υψηλή οπτική ομοιομορφία στην ανάπτυξη των κρυστάλλων και να ικανοποιηθούν οι ανάγκες πρακτικών εφαρμογών. Οι εφαρμογές κοντά στη θερμοκρασία Curie απαιτούν ακριβείς μεθόδους ελέγχου θερμοκρασίας. Υπάρχουν ερωτήσεις σχετικά με τον μηχανισμό έγχυσης διαστημικού φορτίου και την πολικότητα στη θερμοκρασία Κιουρί. Επιστημονικά ζητήματα όπως η νανο-περιοχή και ο μηχανισμός ελέγχου της εκτροπής της δέσμης απαιτούν περαιτέρω έρευνα.

Προκειμένου να εμφανιστούν πιο διαισθητικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε τεχνολογίας εκτροπής, πραγματοποιήθηκε μια συγκριτική ανάλυση, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1 Σύγκριση τεχνολογιών εκτροπής δοκού

Περίληψη

Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα μηχανικά μικρο-ηλεκτρομηχανικά παραμορφώσιμα κάτοπτρα, κάτοπτρα ταχείας ανάκλασης και γαλβανόμετρα σάρωσης αλλάζουν την κατεύθυνση του εκπεμπόμενου οπτικού άξονα μέσω μηχανικών μέσων. Η ακρίβειά τους μπορεί να φτάσει τα μικροακτίνια και η γωνία εκτροπής μπορεί να φτάσει δεκάδες ακτίνια. Έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην ιατρική και σε άλλους τομείς. . Ωστόσο, υπάρχουν προβλήματα όπως η πολύπλοκη δομή, το ογκώδες μέγεθος και η υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Λόγω του μεγάλου μεγέθους των προσαρμοστικών οπτικών συστημάτων, οι παραμορφώσιμοι καθρέφτες MEMS στο εσωτερικό και στο εξωτερικό χρησιμοποιούνται κυρίως στον τομέα της απεικόνισης. Στον τομέα της εκτροπής δέσμης, είναι δύσκολο να καλυφθούν οι ανάγκες διαστημικών περιβαλλόντων μικρής κλίμακας. για να καλύψει τις υψηλές απαιτήσεις χημικοποίησης και ελαφρού βάρους.

Ο εξοπλισμός ακουστικο-οπτικής εκτροπής έχει μεγάλο εύρος ζώνης εργασίας, αλλά είναι δύσκολο να ικανοποιηθεί η ακρίβεια εκτροπής των μικροακτίνων και έχει υψηλές απαιτήσεις στο μήκος κύματος, τη γωνία και την ενέργεια του προσπίπτοντος φωτός και καταναλώνει μεγάλες απώλειες ενέργειας.

Μέθοδοι όπως οι συστοιχίες φάσης υγρών κρυστάλλων και οι συστοιχίες μικροφακών έχουν χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και χαμηλή τάση οδήγησης, αλλά έχουν χαμηλή ταχύτητα απόκρισης, ασυνεχή γωνιακή εκτροπή, μεγάλες γωνίες παραμόρφωσης αλλά χαμηλή απόδοση παραμόρφωσης σε μεγάλες γωνίες, καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων εργασιών μετάδοση μεγάλου εύρους ζώνης.

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες, οι εκτροπείς δέσμης που βασίζονται σε ηλεκτρο-οπτικούς κρυστάλλους έχουν τα πλεονεκτήματα της αυθαίρετης γωνίας εκτροπής, του μικρού μεγέθους, της γρήγορης ταχύτητας απόκρισης και της υψηλής ευαισθησίας. Θεωρούνται ως τα καταλληλότερα για την υλοποίηση μιας από τις κορυφαίες κατευθύνσεις της τεχνολογίας εκτροπής φωτός υψηλής ταχύτητας. Μεταξύ των διαφόρων τύπων ηλεκτρο-οπτικών υλικών, οι ηλεκτρο-οπτικοί εκτροπείς βασισμένοι σε κρυστάλλους KTN έχουν τα πλεονεκτήματα της εκτροπής μεγάλης γωνίας, της γρήγορης ταχύτητας απόκρισης, της υψηλής απόδοσης εκτροπής, της υψηλής ακρίβειας εκτροπής, της λειτουργίας ευρέος εύρους ζώνης κ.λπ., και έχουν μεγαλύτερες δυνατότητες σε εφαρμογές σε τομείς όπως οι διαστημικές οπτικές επικοινωνίες, καθιστώντας ένα ερευνητικό hotspot σε όλο τον κόσμο. Από τη μία πλευρά, η επόμενη εργασία πρέπει να αναλύσει και να μελετήσει τα χαρακτηριστικά ανάπτυξης και τις συνθήκες των κρυστάλλων KTN για την ανάπτυξη κρυστάλλων υψηλής ποιότητας με ομοιόμορφη σύνθεση και κανονικό σχήμα. από την άλλη, πρέπει σταδιακά να μελετήσουμε τον μικροσκοπικό μηχανισμό εκτροπής των κρυστάλλων KTN, κάτι που είναι πολύ σημαντικό. πρακτική σημασία.