快速激光束偏转及扫描解决方案的详细讲解

激光束偏转及其扫描在半导体加工、军工探测、航空航天、生物医学、纳米科学研究等领域得到了越来越多的应用，同时对其性能要求也越来越高，受其体积、扫描频率、扫描精度、扫描分辨率等诸多因素的制约，传统的扫描方式越来越难以满足要求。

目前反射式扫描成为主流，主要的扫描器有激光振镜和快速偏摆镜。振镜具有很大的摆动角度但带宽有限，在进行高频扫描时扫描最大角度和线性度都会严重下降。基于音圈电机或压电陶瓷驱动器的快速偏转镜具有很高的谐振频率、扫描角度小、分辨率高、线性度好，一般应用于自适应光学、光束跟踪和稳定等要求快速响应和小角度偏转的领域。相比音圈电机和振镜之类的驱动器，压电陶瓷驱动的偏转镜具有更快的加速度和更高的带宽，具有零摩擦的铰链导向，并且导向精确性优良，采用应变传感器或电容传感器闭环系统，具有更高的精度。压电偏摆镜采用压电陶瓷直接驱动，多用于图像处理/稳定、激光扫描、通信、光束偏转/稳定等系统。

工作原理

激光扫描工作原理如下图所示。

图1：激光扫描原理图

激光束L以一定入射角照射到反射镜上，经反射镜反射，投射到扫描平面上的某一点P(X,Y)，设θx为反射镜在X方向的偏转角，θy为反射镜在Y方向的偏转角，当θx、θy均为0时，则光束会打在扫描平面的原点位置O’(0,0)。当激光光束投射到扫描平面上的任意一点P（X，Y）时，对应的X、Y轴的偏转角分别为θx、θy，则有如下关系式：

d为反射镜中心到扫描平面的垂直距离。反射镜在X、Y方向按照一定的规律进行二维偏转运动，反射光束将在扫描平面上按照一定的规律进行扫描。图1中，反射镜沿X轴偏转α后，Y轴不动，光束从O’点移动到A点。反射镜沿Y轴偏转β后，X轴不动，光束从O’点移动到B点。

压电偏转系统组成

压电偏转系统通常由压电偏转平台、压电控制器及运算控制组成，可选择模拟或上位机软件控制。其中，压电偏转平台为执行器，压电控制器输出用于控制偏转角度的控制信号。例如下图中展示的芯明天压电偏转系统，左侧为一款定制的大负载压电偏转镜，右侧为E70.D3S压电控制器。

fqj