本发明专利技术公开了一种基于压电材料的精密光偏振控制器，包括压电驱动单元、机械传动单元、偏振单元；所述的压电驱动单元，用于使压电元件按照压电信号产生伸长运动；并反馈偏振元件的旋转角度；机械传动单元，用于将压电驱动单元输出的伸长运动传送到偏振单元；偏振单元，包括偏振元件；用于接收输入光束，并输出横向偏振光束。压电陶瓷元器件具有随外部电场信号的变化而变化的特性，通过传动机构将伸长运动转化为旋转运动，可实现偏振片不大于0.2角秒的旋转；输入电场形式可控，可以实现伸长量与时间的函数关系，最终实现光偏振的旋转效应对光动量等效应的影响。本发明专利技术可为后续光偏振在时空领域的微尺度科学研究提供了一种经济实用的方案。用的方案。用的方案。
【技术实现步骤摘要】
一种基于压电材料的精密光偏振控制器
[0001]本专利技术涉及一种基于压电材料的精密光偏振控制器，用在偏振成像、偏振方向调节所相关的传感探测领域。
技术介绍
[0002]光镊一个特别重要的发展趋势是结合各种新型光场来实现特殊或复杂的操控功能。新型光镊光场的研究得益于复杂光场调制技术的快速发展，如空间光调制技术。新型光场包括涡旋光束、非衍射和自修复光束、自加速光束以及矢量光束等。涡旋光束与相位奇点相关，本身携带轨道角动量，在与物质相互作用过程中可以将角动量传递给微粒，从而导致微粒在光场中做旋转运动。常见的涡旋光束有拉盖尔高斯光束(Laguerre
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Gaussian beam)和贝塞尔光束(Bessel beam)。其中贝塞尔光束属于非衍射和自修复光束，相比于高斯型光束，贝塞尔光束可传播较远距离而保持中心光斑的大小和尺寸基本不变，而且在传输过程中遇到障碍物阻挡后能很快恢复原来的光场分布。由于贝塞尔光束在传播过程中具有很好的稳定性，故被用于引导微粒沿轴向输运距离可达3mm，这个间距远远大于高斯型光束的光镊的轴向捕获深度。并且，在轴向3mm距离中可以实现多个平面长距离捕获多微粒。非衍射光束还包括马提厄光束(Mathieu beam)、抛物线光束(parabolic beam)]、艾里光束(Airy beam) 等。其中抛物线光束和艾里光束也是一种自加速光束。自加速光束在沿轴向传播过程中以某个角度弯曲而不沿直线传播，看起来像是在自由空间中加速。这种光束在光操控中可以用于沿着设定的轨迹输运微粒。自加速光束还有韦伯光束(Weber beam)和螺旋光束(spiral beams) 等。
[0003]光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。不均匀的偏振光场，如径向偏振光束和角向偏振光束，具有优越的会聚特性。因此，光的偏振调节具有广泛的应用场景，例如：偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关，测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化，因此利用偏振光检测几何表面，可测量无法用常规成像检测到的物理性质；摄像时适当地旋转偏振镜片，让它的透振方向与反射光的透振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰；医疗上偏振光可用于对药物有变态反应的高龄、出血性疾病等不宜神经阻滞的患者，可与各种药物疗法并用，操作者无须较高的医疗技术，在医师指导下护士即可完成局部普通照射操作。
[0004]而要得到较高精度的偏振光，对于光的空间作用力分布方向离不开光的偏振调节，尤其对于光的偏振调节是一件极其精密的活动，该领域迫切需要亚微米级的微位移技术，同时也迫切需要在该尺度范围内通过计算机实现微尺度时空控制。
[0005]传统的在光纤通讯中，由于平面光波导及分偏振多工器的相关应用，越来越多的器件输入讯号的光束需用偏振光束，而形成偏振光束的方法最常见的是偏振分光镜和双折射晶体，将单一波长的光束分为横向电性(TE) 偏振光束及横向磁性偏振光束，并且视需求
使用横向电性光束或横向磁性偏振光束。随后将讯号加载横向电性光末或横向磁性偏振光束上，并使用高密度多波分工器(DWDM) 或分波多工器(WDM) 将各种波长的横向电性光末或横向磁性偏振光束导入光纤中。值得一提的是，若使用横向电性偏振光未加载数据，则横向磁性偏振光束舍弃不用。因此，传递数据的横向电性或横向磁性偏振光束的光强度均小于原先单一波长光末的光强度。由此可见，上述现有的光偏振控制器仍存在有缺陷，而需要进一步改进。为了解决光偏振控制器存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适合的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。近年来精密电机得到了长足的发展，其中科尔摩根的一种电机已经做到了角秒级以内，但该电机价格极为昂贵，同时该电机需要配套相应精度等级的编码器和驱动器，而机械连接结构的精度要求也非常高，因此为了光的偏振搭建这样的一套系统确实需要付出很高的代价。
[0006]压电元器件具有自发极化的性质, 而自发极化可以在外电场的作用下发生转变。因此当给具有压电性的电介质加上外电场时会随着外部电场的作用发生变形。一般正向电场会诱导极化强度的增大使压电元器件沿极化方向伸长。相反, 如果加反向电场,则压电元器件沿极化方向缩短。这种由于电效应转变成机械效应的现象是逆压电效应。因此其伸长率与所加电场强度具有一定的函数关系。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服现有的光偏振控制器存在的缺陷，而提供一种基于压电材料的精密光偏振控制器，所要解决的技术问题是通过对光偏振的控制调节，实现光对微粒的空间作用力以及光与物质相互作用，同时对空间能量以及动量进行调节。本专利技术受压电陶瓷材料启发，根据其具有磁致伸缩功能，能够达到亚微米超精控制，且该材料可以通过一定规律的电压信号，实现对伸长量的实时控制，并通过一定的机械结构，将伸长运动转化为旋转运动，最终实现预定信号控制下的旋转运动，最终实现对光的偏振调节。
[0008]一种基于压电材料的精密光偏振控制器，包括压电驱动单元、机械传动单元、偏振单元；所述的压电驱动单元，用于使压电元件按照压电信号产生伸长运动；并反馈偏振元件的旋转角度；所述的机械传动单元，用于将压电驱动单元输出的伸长运动传送到偏振单元；所述的偏振单元，包括偏振元件；用于接收输入光束，并输出横向偏振光束。
[0009]所述的压电驱动单元包括信号发生器、信号调制器、信号放大器、压电元件、激光位移传感器、机架；压电元件一端通过调高螺钉固连在机架上，一端与机械传动单元的滑块利用螺钉连接，推杆与压电元件固连，故当压电元件收到外部电压时，发生伸长运动，推动推杆的运动；其中激光位移传感器用于反馈压电元件的位移大小，根据传动比得出偏振单元的齿轮的旋转角度，进而得出偏振元件的旋转角度。
[0010]所述的机械传动单元，包括推杆、滑块、摆轮、旋转齿轮、压紧垫圈，调节螺钉与旋转内圈通过螺纹连接；所述机械传动单元依靠压电元件伸长运动提供动力，并带动推杆运动，推杆的运动带动滑块的运动，进一步导致摆轮发生摆动；摆轮与旋转齿轮啮合，将运动传递至旋转齿轮，旋转齿轮依靠摩擦力带动压紧垫圈旋转,压紧垫圈靠调节螺钉带动旋转
内圈旋转，旋转内圈带动偏振透镜挡圈和偏振透镜以及偏振透镜螺圈一起旋转，最终将压电元件的伸长运动转化为旋转运动。
[0011]所述的偏振单元，包括偏振元件, 所述的偏振元件包括偏振透镜挡圈、偏振透镜、偏振透镜螺圈、旋转内圈，偏振透镜通过偏振挡圈以及偏振透镜螺圈压入旋转内圈内部，固连在一起；所述的偏振元件用于接收输入光束，并输出横向偏振光束。
[0012]所述的偏振单元，包括调节器外圈、推力滚针轴承、偏振透镜挡圈、偏振透镜、偏振透镜螺圈、旋转内圈、螺纹挡圈、止动螺钉、旋转齿轮、压紧圈、调节螺钉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于压电材料的精密光偏振控制器，其特征在于：包括压电驱动单元、机械传动单元、偏振单元；所述的压电驱动单元，用于使压电元件按照压电信号产生伸长运动；并反馈偏振元件的旋转角度；所述的机械传动单元，用于将压电驱动单元输出的伸长运动传送到偏振单元；所述的偏振单元，包括偏振元件；用于接收输入光束，并输出横向偏振光束。2.根据权利要求1所述的精密光偏振控制器，其特征在于，所述的压电驱动单元包括信号发生器、信号调制器、信号放大器、压电元件、激光位移传感器、机架；压电元件一端通过调高螺钉固连在机架上，一端与机械传动单元的滑块利用螺钉连接，推杆与压电元件固连，故当压电元件收到外部电压时，发生伸长运动，推动推杆的运动；其中激光位移传感器用于反馈压电元件的位移大小，根据传动比得出偏振单元的齿轮的旋转角度，进而得出偏振元件的旋转角度。3.根据权利要求1所述的精密光偏振控制器，其特征在于，所述的机械传动单元，包括推杆、滑块、摆轮、旋转齿轮、压紧垫圈，调节螺钉与旋转内圈通过螺纹连接；所述机械传动单元依靠压电元件伸长运动提供动力，并带动推杆运动，推杆的运动带动滑块的运动，进一步导致摆轮发生摆动；摆轮与旋转齿轮啮合，将运动传递至旋转齿轮，旋转齿轮依靠摩擦力带动压紧垫圈旋转,压紧垫圈靠调节螺钉带动旋转内圈旋转，旋转内圈带动偏振透镜挡圈和偏振透镜以及偏振透镜螺圈一起旋转，最终将压电元件的伸长运动转化为旋转运动。4.根据权利要求1所述的精密光偏振控制器，其特征在于，所述的偏振单元，包括偏振元件, 所述的偏振元件包括偏振透镜挡圈、偏振透镜、偏振透镜螺圈、旋转内圈，偏振透镜通过偏振挡圈以及偏振透镜螺圈压入旋转内圈内部，固连在一起；所述的偏振元件用于接收输入光束，并输出横向偏振光束。5.根据权利要求1或者4所述的精...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡慧珠，李翠红，郭磊磊，傅振海，刘瑞，高晓文，陈少华，陈志明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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