[科普中國]-多維可調(diào)光學(xué)移相裝置

多維可調(diào)光學(xué)移相裝置（Multi-dimensional adjustable optical phase shift device）是一種機(jī)電控制可以實(shí)現(xiàn)多維調(diào)整的光學(xué)移相裝置，主要包括底座、鏡座、鏡座內(nèi)放置的參考鏡、懸臂、活動(dòng)關(guān)節(jié)軸承及布置在底座上的三個(gè)相同的移相裝置等。

背景介紹自上世紀(jì)70年代以來，移相干涉技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并以其優(yōu)良的測試精度廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)代干涉儀中，成為光學(xué)高精度計(jì)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(shí)現(xiàn)波前相位的改變，其中位移調(diào)整誤差是影響干涉儀波面復(fù)原精度的主要因素之一。壓電陶瓷(電致伸縮微位移器)因?yàn)槠湮⑽灰凭雀?、靈敏度高、響應(yīng)快、易自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用于移相干涉裝置中。

目前，常見的做法是以壓電陶瓷作為微位移驅(qū)動(dòng)器，推動(dòng)參考反射鏡做線性移動(dòng)，同時(shí)微機(jī)控制光電探測器和數(shù)據(jù)采集卡對位移的干涉圖光強(qiáng)進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)存儲，最后利用移相干涉的一般原理，復(fù)原出被測相位。

結(jié)構(gòu)組成多維可調(diào)光學(xué)移相裝置中每個(gè)移相裝置都由螺紋區(qū)、鎖緊結(jié)構(gòu)和壓電陶瓷等組成。壓電陶瓷固定在壓電陶瓷盒內(nèi)，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(nèi)滑動(dòng)。螺栓光桿區(qū)上置有鎖緊結(jié)構(gòu)，鎖緊結(jié)構(gòu)固定在底座上。每個(gè)移相裝置的兩邊都布置兩根拉伸彈簧，始終保持一定的預(yù)拉力。鏡座通過左右懸臂懸掛在底座的兩個(gè)凸臺上，左右懸臂的下端孔內(nèi)置活動(dòng)關(guān)節(jié)軸承。粗調(diào)整時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，精調(diào)整時(shí)接通壓電陶瓷，同時(shí)移相裝置推動(dòng)鏡座繞懸臂轉(zhuǎn)動(dòng)。

工作原理移相調(diào)節(jié)裝置多維可調(diào)光學(xué)移相裝置包含三個(gè)移相調(diào)節(jié)裝置。每個(gè)移相裝置分為三個(gè)部分，壓電陶瓷區(qū)、螺紋區(qū)和鎖緊區(qū)。壓電陶瓷放置在壓電陶瓷盒內(nèi)，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(nèi)，整個(gè)壓電陶瓷盒放置在底座的滑動(dòng)槽內(nèi)。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，螺紋部分旋進(jìn)(出)，推動(dòng)壓電陶瓷盒在滑動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)，同時(shí)壓電陶瓷另一端的鋼球推動(dòng)鏡座，實(shí)現(xiàn)鏡座位移的變化。1

當(dāng)螺栓調(diào)節(jié)完成后，鎖緊結(jié)構(gòu)鎖緊螺栓的光桿區(qū)，調(diào)節(jié)螺栓固定。接通壓電陶瓷的控制電壓，其軸線方向產(chǎn)生相應(yīng)的位移，當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓固定時(shí)，壓電陶瓷的位移完全作用在鏡座上，推動(dòng)鏡座實(shí)現(xiàn)微位移變化。由于壓電陶瓷和鏡座是球接觸，所以鏡座可以繞鋼球進(jìn)行前后、俯仰、方位等多維變化。在每個(gè)移相調(diào)節(jié)裝置的兩側(cè)，都放置有一定預(yù)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(jī)械響應(yīng)速度。

懸臂結(jié)構(gòu)鏡座和參考反射鏡通過左右兩個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)懸掛在底座的凸臺上。懸臂的上下端都開有圓形孔，上端孔內(nèi)穿圓柱銷，固定在凸臺上，懸臂可以繞所述的圓柱銷轉(zhuǎn)動(dòng);下端孔內(nèi)置活動(dòng)關(guān)節(jié)軸承，關(guān)節(jié)軸承內(nèi)穿圓柱銷，圓柱銷兩端置于鏡座的上的開孔內(nèi)，圓柱銷可以通過活動(dòng)關(guān)節(jié)軸承實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動(dòng)。

三個(gè)相同的移相調(diào)節(jié)裝置布置在底座上。當(dāng)三個(gè)移相裝置同步推動(dòng)鏡座時(shí)，鏡座通過懸臂繞圓柱銷轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡座和參考反射鏡可以實(shí)現(xiàn)前后線性位移變化;當(dāng)三個(gè)移相調(diào)節(jié)裝置異步推動(dòng)鏡座時(shí)，鏡座和參考反射鏡可以通過懸臂下端的活動(dòng)關(guān)節(jié)軸承內(nèi)的圓柱銷和移相裝置的球頭實(shí)現(xiàn)俯仰、方位等多維位置變化，滿足了裝置的不同使用和調(diào)節(jié)需要。

特點(diǎn)多維可調(diào)光學(xué)移相裝置的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)范圍大且精度高，既可以實(shí)現(xiàn)參考鏡前后位移變化，又可以實(shí)現(xiàn)俯仰、方位等多自由度調(diào)節(jié)，并可以滿足大口徑參考鏡使用的需要。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)平滑，稍加改動(dòng)還可以用于移動(dòng)工作臺的調(diào)整等。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學(xué)