法布里-珀羅諧振腔（FP腔）被譽(yù)為光學(xué)系統(tǒng)中最精密的光頻標(biāo)尺，從我們?nèi)粘Ｊ褂玫墓饫w通信，到半導(dǎo)體晶圓檢測(cè)，再到量子計(jì)算，F(xiàn)P腔的性能都對(duì)這些尖端技術(shù)的高精度測(cè)量起著決定性的作用。要讓這把尺量得準(zhǔn)、量得穩(wěn)，腔長的控制精度直接決定系統(tǒng)的性能。芯明天P63.X系列高分辨率壓電納米定位臺(tái)，以其精密的設(shè)計(jì)、小巧的體積和卓越的性能，成為微型FP腔系統(tǒng)的理想驅(qū)動(dòng)方案。

一、FP腔：現(xiàn)代光學(xué)的頻率標(biāo)尺

法布里-珀羅諧振腔（Fabry-Pérot Cavity），簡(jiǎn)稱FP腔，是一種基于多光束相長干涉原理的光學(xué)諧振腔。其核心結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單：兩塊平行、具有極高反射率的反射鏡，中間為空氣、真空或其他介質(zhì)。這種看似簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，賦予了FP腔特殊的波長選擇能力，使其成為高精度光學(xué)測(cè)量與控制的基礎(chǔ)工具。

1.FP腔的核心工作原理

FP腔的工作基于多光束干涉效應(yīng)：入射光在兩塊高反射鏡之間來回反射數(shù)百甚至數(shù)千次，形成大量相干光。只有滿足共振條件的光才能在腔內(nèi)形成穩(wěn)定振蕩并透射出去，腔長的任何微小變化會(huì)直接導(dǎo)致透射波長的改變，這一特性是FP腔所有應(yīng)用的基礎(chǔ)。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

2.FP腔的核心應(yīng)用方向

(1)可調(diào)諧光學(xué)濾波：通過改變腔長篩選特定波長，應(yīng)用于高光譜成像，分析原子、分子的精細(xì)光譜結(jié)構(gòu)；應(yīng)用于光纖通信，波分復(fù)用系統(tǒng)中的波長選擇濾波器。

(2)超精密傳感：將外界物理量（例如：位移、振動(dòng)、壓力）轉(zhuǎn)化為腔長變化，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)測(cè)量精度。例如測(cè)量半導(dǎo)體晶圓平整度檢測(cè)、MEMS器件表面輪廓測(cè)量，引力波探測(cè)、量子光學(xué)等等。

而對(duì)于以上這些應(yīng)用，F(xiàn)P腔的性能都需要關(guān)注一個(gè)核心的問題：腔長控制得夠不夠穩(wěn)、夠不夠準(zhǔn)。

▲在可調(diào)諧濾波器里，腔長調(diào)諧的分辨率直接決定了波長選擇的精度。

▲在精密傳感里，腔長的重復(fù)定位能力決定了測(cè)量結(jié)果的可靠性。

因此，F(xiàn)P腔對(duì)腔長控制機(jī)構(gòu)提出了苛刻的要求：納米級(jí)分辨率、納米級(jí)重復(fù)定位精度、毫秒級(jí)響應(yīng)速度、小體積易于集成。

二、芯明天壓電納米定位臺(tái)

在FP腔系統(tǒng)中，壓電納米定位臺(tái)通常直接驅(qū)動(dòng)其中一面腔鏡，通過改變兩面鏡子之間的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)腔長的主動(dòng)調(diào)控。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，它主要完成以下任務(wù)：

1.波長掃描與光譜分析

在可調(diào)諧FP濾波器或掃描式光譜儀中，壓電納米定位臺(tái)憑借高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，可驅(qū)動(dòng)腔鏡做周期性運(yùn)動(dòng)，腔長連續(xù)變化，透射波長隨之掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同光譜信息的快速篩選。

2.腔長鎖定與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

穩(wěn)定腔長對(duì)壓電納米定位臺(tái)要求極高，當(dāng)腔長在某些情況下需要鎖定某固定值時(shí)，配合探測(cè)器和閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，壓電納米定位臺(tái)可以實(shí)時(shí)、連續(xù)地微調(diào)腔長，補(bǔ)償溫度漂移、振動(dòng)、聲學(xué)噪聲等外界干擾，實(shí)現(xiàn)長期腔長穩(wěn)定度。

★P63.X高分辨率壓電納米定位臺(tái)：小尺寸、高精度

P63.X系列是一款專門面向緊湊型精密光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單軸高分辨率壓電納米定位臺(tái)，內(nèi)部采用直驅(qū)機(jī)構(gòu)，具有超低慣性，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)毫秒級(jí)，可配置高精度閉環(huán)傳感器進(jìn)行高分辨率、高速掃描，且非常易于集成到任何掃描儀器中。

芯明天P63.X高分辨率壓電納米定位臺(tái)

1.小體積

P63.X可以輕松集成到各種空間受限的微型FP腔系統(tǒng)中，減小了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的體積和重量，完美滿足設(shè)備的小型化和便攜化設(shè)計(jì)。

2.最大18μm行程

P63.X可提供最大18μm的位移，其所覆蓋的波長調(diào)諧范圍可滿足絕大多數(shù)主流微型FP腔的應(yīng)用需求，同時(shí)也能提供足夠的波長掃描范圍進(jìn)行光譜分析。

3.納米級(jí)精度

P63.X具有納米級(jí)的重復(fù)定位精度，能夠精準(zhǔn)復(fù)位目標(biāo)腔長，確保每次測(cè)量結(jié)果的一致性和可靠性。

技術(shù)參數(shù)

推薦控制器

芯明天E53.D1S-H是一款小體積、單通道壓電控制器

E53.D1S-H是一款小體積、單通道壓電控制器，模擬與數(shù)字控制，支持上位機(jī)通信，上位機(jī)軟件支持二次開發(fā)。帶寬可達(dá)10kHz，供電電壓24VDC1.5A。外形尺寸僅為148×27.5×80mm^3，重量約為370g，體積小巧，易于集成。機(jī)身帶有散熱區(qū)域，可迅速導(dǎo)出產(chǎn)生的熱量。


審核編輯 黃宇