1.適合用壓電陶瓷進(jìn)行調(diào)諧的激光器

激光器是利用受激輻射方法產(chǎn)生可見光或不可見光的一種器件，構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)壁壘較高，是大量光學(xué)材料和元器件組成的綜合系統(tǒng)，居于整個(gè)激光產(chǎn)業(yè)鏈的核心中樞位置，主要由光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)械機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成，其中光學(xué)系統(tǒng)主要由泵浦源（激勵(lì)源）、增益介質(zhì)（工作物質(zhì)）和諧振腔等光學(xué)器件材料組成。作為終端設(shè)備的核心光學(xué)系統(tǒng)，激光器的性能往往直接決定激光設(shè)備輸出光束的質(zhì)量和功率，是下游激光設(shè)備最核心的部件。

泵浦源（激勵(lì)源）為增益介質(zhì)提供能量激勵(lì)。增益介質(zhì)受激后產(chǎn)生光子從而生成并放大激光。諧振腔是光子特性（頻率、相位和運(yùn)行方向）的調(diào)節(jié)場所，通過控制腔內(nèi)光子振蕩來獲得高質(zhì)量的輸出光源。

資料來源: 0SA 理事長 (斯坦福) 給美國白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室關(guān)于激光對美國就業(yè)、經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的報(bào)告 (2010)，中郵證券研究所

壓電陶瓷（PZT）因其獨(dú)特的正逆壓電效應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于各種激光器的調(diào)諧中。以下是幾種適合使用壓電陶瓷進(jìn)行調(diào)諧的激光器類型：

可調(diào)諧光纖激光器：對于體積較小的可調(diào)諧光纖激光器，可以選用片狀或疊堆式PZT壓電陶瓷，其調(diào)諧范圍約為3.3微米。此外，通過將壓電陶瓷與光纖光柵激光器的布拉格光柵粘結(jié)，并調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓來實(shí)現(xiàn)波長的調(diào)諧。

環(huán)形腔光纖激光器：利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，可以通過改變光纖光柵的長度來調(diào)節(jié)環(huán)形腔光纖激光器的出射波長，從而達(dá)到調(diào)諧的目的。

外腔半導(dǎo)體激光器：基于Littrow結(jié)構(gòu)的外腔半導(dǎo)體激光器可以通過壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)的波長調(diào)諧，調(diào)諧范圍在10~20 GHz之間。此外，利用飛秒光頻梳和法布里-珀羅干涉儀建立的亞納米級閉環(huán)位移控制系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)高精度的調(diào)諧。

單縱模DBR光纖激光器：基于壓電陶瓷拉伸機(jī)構(gòu)的單縱模DBR光纖激光器能夠有效緩解頻率調(diào)諧過程中的跳?，F(xiàn)象，獲得更寬的無跳模頻率調(diào)諧范圍。

倍頻激光器：例如，在1560nm激光器的倍頻研究中，通過掃描壓電陶瓷電壓，可以對780nm倍頻光頻率實(shí)現(xiàn)至少10GHz的連續(xù)調(diào)諧。

2.利用壓電陶瓷如何實(shí)現(xiàn)激光調(diào)諧

壓電陶瓷在激光器諧振腔中的位置和作用主要體現(xiàn)在其對諧振腔長度的精確控制上。具體來說，壓電陶瓷通過微小形變來調(diào)節(jié)激光諧振腔的長度，從而實(shí)現(xiàn)頻率的穩(wěn)定輸出。

壓電陶瓷通常被固定在諧振腔的一個(gè)鏡片上，例如反射鏡或透射鏡。在某些設(shè)計(jì)中，壓電陶瓷直接粘貼在反射鏡背面，以實(shí)現(xiàn)對腔長的微調(diào)。

當(dāng)給壓電陶瓷施加電壓時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生微小的形變。這種形變會(huì)導(dǎo)致諧振腔的長度發(fā)生微小變化，從而改變激光的頻率。通過調(diào)節(jié)施加在壓電陶瓷上的電壓，可以精確地控制諧振腔的長度，使激光頻率保持穩(wěn)定。

在基于Nd:YAG激光器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定環(huán)形諧振腔設(shè)計(jì)中，利用壓電陶瓷控制腔鏡的位置來精確調(diào)節(jié)諧振腔的腔長，并實(shí)現(xiàn)了諧振頻率的調(diào)諧。此外，在一些高功率激光系統(tǒng)中，如倍頻系統(tǒng)，也采用了類似的設(shè)計(jì)，通過壓電陶瓷控制腔長以獲得穩(wěn)定的綠光輸出。

實(shí)現(xiàn)這一功能的具體方法包括使用D/A卡輸出非等間隔控制電壓序列給壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，使壓電陶瓷產(chǎn)生微小形變從而控制激光諧振腔長均勻變化。此外，還有基于單片機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)尋找到激光器工作的最佳狀態(tài)并維持在該狀態(tài)。

3.如何選擇合適的壓電陶瓷

激光器對壓電陶瓷的要求和選擇涉及多個(gè)方面，包括其物理特性、精度要求以及與激光系統(tǒng)的兼容性等。以下是詳細(xì)的分析：

壓電陶瓷的微位移驅(qū)動(dòng)原理是激光器腔長控制的基礎(chǔ)。通過調(diào)整壓電陶瓷的形變，可以精確控制激光諧振腔的長度，從而實(shí)現(xiàn)激光頻率的穩(wěn)定和調(diào)諧。

壓電陶瓷具有非常高的分辨率，這意味著在驅(qū)動(dòng)電源的最小輸出信號下，壓電陶瓷能夠表現(xiàn)出極高的精度。這種高分辨率對于激光器的頻率調(diào)諧至關(guān)重要，因?yàn)樾枰浅＜?xì)微的調(diào)整來達(dá)到所需的波長。

壓電陶瓷的工作溫度范圍通常在-25℃到130℃之間，這使得它能夠在多種環(huán)境條件下工作。此外，壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓可以從0V到150V不等，這為不同的激光系統(tǒng)提供了靈活性。

為了實(shí)現(xiàn)更精確的控制，許多激光器采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括單片機(jī)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源、信號采集及處理電路和顯示電路，能夠自動(dòng)尋找到激光器工作的最佳狀態(tài)并維持在該狀態(tài)。例如，基于飛秒光頻梳的亞納米級閉環(huán)位移控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器在其工作頻率范圍內(nèi)的精密調(diào)諧。

4.為什么選擇隱冠壓電陶瓷？

隱冠半導(dǎo)體壓電部門專注于精密定位執(zhí)行器的研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售；是國內(nèi)壓電領(lǐng)域極少數(shù)擁有從壓電陶瓷材料到壓電陶瓷電機(jī)再到納米精度壓電運(yùn)動(dòng)臺(tái)全產(chǎn)品鏈研發(fā)與批量生產(chǎn)能力的高科技企業(yè)，公司具有豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)。

公司具有豐富的產(chǎn)品規(guī)格和種類以匹配大范圍的調(diào)諧需求。公司可提供整套壓電陶瓷控制模組，可實(shí)現(xiàn)快速定位安裝和換型、拆裝及維護(hù)的方便靈活。

針對客戶的個(gè)性化集成需求，公司可以定制封裝尺寸、電壓、行程、金屬端件等，以滿足機(jī)械剛度和穩(wěn)定性，以保證調(diào)諧系統(tǒng)的可靠性和長期運(yùn)行效果。

同時(shí)公司針對客戶特定需求和具體應(yīng)用場景，集成應(yīng)變片實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，并配置自研適配的驅(qū)控器，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品組合的技術(shù)和成本優(yōu)勢。