Модулятор

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для управления оптической длиной пути оптического излучения в различных оптических приборах и интерференционных схемах. Целью изобретения является повышение надежности модулятора за счет снижения величины управляющих сигналов при сохранении заданного диапазона перемещения зеркала путем управления величиной теплового дрейфа зеркала. В устройстве зеркало 3 выполнено на подложке 1 и связано с ней с помощью мембраны 2. Зеркало 3 перемещается с помощью привода 4 с чувствительным элементом 9, что обеспечивает разнесение опорных плоскостей приложения усилий чувствительного элемента 9. деформирующегося при подаче на него электрического сигнала, между подложкой 1 и корпусом 5 привода и подложкой 1, в которой выполнено перемещаемое зеркало 3. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sr)s 6 02 В 26/02

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4677693/10 (22) 11.04.89 (46) 30.05.92. Бюл. N. 20 (71) Производственное объединение "Завод

Арсенал" (72) В.А.Варенцов, Ю.Б.Пасько, В.К.Резунков.и В,З,Шаповал (53) 621,376 (088.8) (56) Заявка Великобритании

М 1363771, кл. Н 01 S 3/02, 1968.

Авторское свидетел ь ство ССС Р

N. 444444779922, кл. Н 01 S 3/02, 1972. (54) МОДУЛЯТОР .(57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для управления оптической длиной пу- ти оптического излучения в различных

„„SU „, 1737397А1 оптических приборах и интерференционных схемах. Целью изобретения является повышение надежности модулятора за счет снижения величины управляющих сигналов при сохранении заданного диапазона перемещения зеркала путем управления величиной теплового дрейфа зеркала. В устройстве зеркало 3 выполнено на подложке 1 и связано с ней с помощью мембраны 2. Зеркало 3 перемещается с помощью привода 4 с чувствительным элементом 9, что обеспечивает . разнесение опорных плоскостей приложения усилий чувствительного элемента 9, деформирующегося при подаче на него электрического сигнала, между подложкой 1 и корпусом 5 привода и подложкой 1, в которой выполнено перемещаемое зеркало 3.

1 ил, 1737397

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться для фазовой модуляции потока излучения или изменения оптической длины плеч (каналов) в различных интерференционных схемах.

Известны модулирующие устройства, содержащие пьезоэлектрический привод и зеркало, которое может перемещаться с помощью привода относительно, например, источника излучения (1). В этих устройствах движение зеркала с помощью привода приводит к изменению оптической длины, например, одного из плеч интерферометра.

Все перечисленные аналоги имеют тот недостаток, что в них существует неуправляемый тепловой дрейф, связанный с различием коэффициентов теплового расширения материалов пьезопривода и подложки, жестко сцепленных между собой.

Известен модулятор, снабженный термокомпенсированным приводом t2), конструкция которого взята за прототип. В этом модуляторе пьезопривод выполнен в виде мембраны, с обеих сторон которой установлены пьезоэлементы. При изменении температуры окружающей среды оба пьезоэлемента одинаково изменяют свою геометрию (деформируются), изгиба мембраны не происходит, что, естественно, не приводит и к перемещению зеркала, жестко связанного с мембраной пьезопривода, при изменении температуры окружающей среды и самого модулятора. При подаче электрического напряжения на пьезоэлементы

: происходит их деформация в противоположных направлениях, что вызывает изгиб мембраны пьезопривода и соответствующее перемещение зеркала, Однако эти конструкции модуляторов достаточно сложны и не имеют воэможности устанавливать необходимый по знаку и величине тепловой дрейф.

Целью изобретение является повышеwe надежности модулятора за счет снижения величины управляющих сигналов при сохранении заданного диапазона перемещения зеркала путем управления величиной теплового дрейфа зеркала.

С этой целью в известный модулятор, содержащий подложки с мембраной, на первой стороне которой размещено зерка. ло, а на второй стороне закреплен привод с чувствительным элементом, размещенным внутри корпуса, который жестко закреплен на основании подложки в корпусе со сторо.ны основания, дополнительно выполнен паз, в который установлен вкладыш с выполненным в нем пазом, в корпусе и вкладыше выполнены отверстия, причем в

25 ность 15 корпуса 5, на которые опираются пьезопакет. с прокладкой и вкладь ши соот40

50

5

35 отверстие вкладыша установлен упор, а чувствительный элемент привода и дополнительно введенная прокладка размещены в пазе вкладыша между упором и центром мембраны.

На чертеже изображена предлагаемая конструкция модулятора.

Модулятор состоит из подложки 1, в которой выполнена мембрана 2, с одной стороны мембраны установлено зеркало 3, а с другой стороны — привод 4. Привод 4 состоит из корпуса 5, закрепленного основанием на подложке 1 вне зоны мембраны 2. В корпусе 5 выполнен паз 6, в который вставлен вкладыш 7 с пазом 8, в который вставлен чувствительный элемент 9 (например, пьезопакет или магнитоспектор) с прокладками

10, сжатые упором 11 и центром мембраны

2 за счет начального прогиба мембраны путем, например, завинчивания упора 11 в резьбовое отверстие 12 вкладыша, выполненное с отверстием 13 корпуса 5 соосно.

На чертеже обозначены также опорная поверхность 14 упора 11 и oflopHBA поверхветственно. Кроме того, на чертеже показана базовая плоскость 16 подложки 1, относительно которой происходит перемещение зеркала 3 и с помощью которой, например, модулятор может устанавливаться на базовую плоскость несущей конструкции

17 оптического прибора или интерферометра для управления оптической длиной пути пучка 18.

Модулятор работает следующим образом. С помощью упора 11 через чувствительный элемент с прокладками 10 осуществляется предварительный изгиб мембраны 2. Это позволяет поддерживать устойчивый механический контакт в структуре упор-прокладка-чувствительный элемент-центр мембраны. При подаче входного сигнала на чувствительный элемент происходит его деформация (уменьшение, в частности, линейн ых размеров), что в зависимости от знака управляющего сигнала приводит или к дополнительному изгибу, мембраны, или к ослаблению первоначального изгиба, но в любом случае это приводит к перемещению зеркала 3 относительно базовой плоскости 16 подложки 1, т.е. к изменению оптической длины хода светового пучка 18. В случае. показанном на чертеже, изменение оптического пути равно удвоенной величине перемещения зеркала.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. В качестве чувствительного элемента, как правило, используются пьеэопакеты, например, П-3 по

1737397

ЩИ0.338.000 ТУ. Его диапазон рабочих напряжений до+ 500 В, при удельном перемещении (чувствительности) S = 3 10 мкм/В, -з коэффициент теплового расширения материала пьезопакета а.э. = 25. 10 град . С точки зрения обеспечения минимальных деформаций в месте соединения корпуса и подложки выбираем для них один и тот же материал-кварц типа КВ (ГОСТ 15130-79), имеющий коэффициент теплового расширения Qgpp 4 10 град . Изтехжесоображений выбираем одинаковым материал вкладыша и упора, например, сталь с коэффициентом теплового расширения а„,=

110 10 град . Прокладки к пьезопакету иэ соображений обеспечения токоподвода выбираем из бронзы с апр = 170 10 град .

Из технологических соображений (изгиб, подпайка) выбираем толщину прокладок

I>p = 0,5 мм (двух прокладок с обоих сторон пьезопакета по 0,25 мм). Толщина пьезопакета задана по ТУ и равна leap !Я,3. = 4,2 мм.

Задаваясь, например, величиной требуемого теплового дрейфа зеркала IT = 0,01 мкм/град, получаем из формулы (гхвкл — Гхпр) — !пр (Qnp — Q

I (ч.э. Гикор) = !т, (1) где аврал, Mop, c4.e., апр коэффициенты теплового расширения материалов вкладыша, корпуса, чувствительного элемента и прокладки соответственно; !т — величина требуемого теплового ухода зеркала относительно опорной поверхности подложки.

При указанных выше числовых значениях параметров дает Г = 2,5 мм, т,е. суммарная толщина чувствительного элемента с прокладками (или расстояние от упора до центра мембраны) должна быть больше 2,5 мм расстояния от опорной поверхности паза корпуса до центра мембраны, или, в. частном случае, до подложки, Для случая, когда !т = О, I = 1,6 мм, Изменяя величину Г, можно получить (на этапе сборок) требуемую величину теплового дрейфа зеркала. Этого же можно достичь, изменяя толщину прокладок, при неизменной величине подбирая их материал и т.д„однако соотношение (1) в данном случае все равно справедливо, При перепаде температуры в процессе работы оптического прибора ЬТ - 30 С величина пассивной компенсации теплового измене30

40

45 дополнительно введенная прокладка раз50 мещены в лазе вкладыша между упором и центром мембраны..5

25 ния оптической длины за счет внутренних возможностей модулятора hl = !т 30=0,3 мкм.

При размещении изобретения отпадает необходимость полной компенсации тепловых уходов периметра резонатора путем подачи электрического напряжения. Это приводит к снижению рабочего электрического напряжения на пьезоэлементе, в функции которого остается принудительная модуляция периметра и привязка (вывод) периметра на одну из характерных точек кривой. Снижение рабочего электрического напряжения на пьезоэлементе (чувствительном элементе) при сохранении заданного диапазона перемещения зеркала для обеспечения постоянства. периметра резонатора эквивалентно повышенной надежности модулятора.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность модулятора за счет снижения диапазона рабочих напряжений при сохранении и даже увеличении диапазона изменения оптической длины пути; дополнительно упростить конструкцию за счет исключения связующих веществ при закреплении чувствительного элемента на мембране, Формула изобретения

Модулятор, содержащий подложку с мембраной, на первой стороне которой размещено зеркало, а на второй стороне закреплен привод с чувствительным элементом, размещенным внутри корпуса, который жестко закреплен на основании подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности модулятора за счет снижения величины управляющих сигналов при сохранении заданного диапазона перемещения зеркала путем управления величиной теплового дрейфа зеркала, в корпусе со стороны основания дополнительно выполнен паз, в который установлен вкладыш с выполненным в нем пазом, в корпусе и вкладыше выполнены отверстия, причем в отверстие вкладыша установлен упор, а чувствительный элемент привода и