【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学器件，特别涉及一种基于波纹管结构的光束偏转器及其使用方法。
技术介绍
1、光束偏转器是一种基础且关键的光学器件，能够使光束整体地偏转一个角度出射。光束偏转器是激光雷达探测、投影显示及光学扫描等应用领域的核心部件。常用的光束偏转器主要分两大类：机械式偏转器和非机械式偏转器。机械式偏转器主要包括旋转镜、振动镜等，是通过物理机械装置来改变光束的路径，存在结构复杂、体积庞大、精度低、有机械磨损等缺点。
2、非机械式偏转器主要包括电光偏转器、声光偏转器、液晶光束偏转器等，通过改变光在介质中的传播特性来实现偏转。随着技术的不断进步，非机械式偏转器中的液体棱镜逐渐成为热点，然而这类偏转器受驱动方式的限制，其对光束的偏折能力较小。为了增大器件的光束偏折性能，基于多个不同折射率且互不相溶液体的多液体棱镜被提出，然而，这种设计仍存在适应性差、口径大小限制、响应速度降低、效率低、成本高、偏转角控制精度下降以及偏转角度受限等缺点。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供了一种基于波纹管结构的光束偏转器及其使用方法，大幅度提高了光束的偏折性能，具有响应速度快且调控精度高等优点。当对动子线圈施加工作电流时，该动子线圈带动波纹管产生一定程度的形变，波纹管上端口的光学玻璃也随着波纹管的形变发生一定程度的倾斜。当一束光经由该倾斜表面出射时，出射光偏离了原入射光的方向。通过控制工作电流的大小和分布，光束的偏折角度连续可调，偏折方向二维平面360度范围内可控
2、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于波纹管结构的光束偏转器，该光束偏转器分为透射式光束偏转器和反射式光束偏转器，所述光束偏转器的主腔体由波纹管7构成，所述波纹管7内部填充透明流体6，所述波纹管7上下两端均由光学玻璃1封装，所述光束偏转器的致动部分包括环形永磁铁和线圈阵列，所述环形永磁铁被镶嵌在外腔4上端，所述外腔4与波纹管7为同轴嵌套结构，所述线圈阵列由多个线圈等间隔排列成环形固定在动子支架5上，所述线圈阵列位于环形永磁铁正上方，所述动子支架5与波纹管7上端口连接。
3、进一步地，所述光束偏转器的主腔体是由波纹管7构成，波纹管7采用硅胶材料制成，通过控制波纹数量、波纹间距、管壁厚度和杨氏模量调节其弹性性能，提高控制精度和响应时间，从而实现光束的偏折。通过控制工作电流的大小和分布，使光束的偏折角度连续可调，偏折方向二维平面360度范围内可控。
4、进一步地，所述波纹管7内部填充透明流体6，波纹管7两端封装光学玻璃1。
5、进一步地，所述光学玻璃1为bk7玻璃或k9玻璃。
6、进一步地，所述透明流体6为硅油8，与波纹管7、bk7玻璃或波纹管7、k9玻璃一起构成透射式光束偏转器的主体部分，所述光束偏转器为透射式光束偏转器。
7、进一步地，所述透明流体6为空气10，所述波纹管7上端口的光学玻璃1为镀全反膜的光学玻璃9，与波纹管7构成反射式光束偏转器的主体部分，所述光束偏转器为反射式光束偏转器。
8、进一步地，所述外腔4和所述动子支架5采用抗冲击性好，易加工的的工程塑料pc-abs制作。
9、进一步地，所述环形永磁铁为定子永磁铁3，所述线圈阵列为动子线圈阵列2，通过控制它们的尺寸、分布和间距确保环形永磁铁与线圈阵列能产生足够的驱动力和移动空间。
10、进一步地，本专利技术还提供了一种基于波纹管结构的光束偏转器的使用方法，该方法包括如下步骤：
11、步骤1：当对动子线圈阵列2中的任意动子线圈施加工作电流时，动子线圈在洛伦兹力的作用下发生一定的位移，带动动子支架5发生倾斜，从而使得连接动子支架5的波纹管7产生一定程度的形变；
12、步骤2：当波纹管7发生变形时，波纹管7上端口的光学玻璃1随之发生一定程度的倾斜，进而使光束发生偏折，控制线圈阵列中工作电流的大小和分布，光束的偏折角可在-35°～35°内连续可调，偏折方向在二维平面内360度全方位可控；
13、步骤3：当停止给线圈阵列供电时，洛伦兹力随之消失，波纹管7由于其出色的弹性性能会立即恢复初始形态，从而带动光学玻璃1、动子支架5、线圈阵列回归原位。
14、有益效果：
15、1、本专利技术以波纹管作为主腔体，由于波纹管具备轴向伸缩且径向不形变的特点，通过控制线圈阵列中工作电流的大小和分布，可使波纹管沿二维平面任意方位发生不同程度形变，具备更大的光束偏折范围，更快的响应速度。这种设计不仅结构简单，而且能够实现光束的精确偏转，确保了光束高精度和高动态的调控，以及快速定位和大范围扫描。
16、2、本专利技术设计的基于波纹管结构的透射式光束偏转器，以波纹管作为主腔体，使得透射式光束偏转器口径尺寸可以满足各种应用需求，解决了现有透射式光束偏转器偏转角度受限的问题。控制线圈阵列中工作电流的大小和分布，使出射光的偏折角度在-35°～+35°范围内连续可调，偏折方向在二维平面内360度全方位可控。
17、3、本专利技术设计的基于波纹管结构的反射式光束偏转器，凭借波纹管的独特结构设计，不需要借助复杂的电机驱动装置，通过电磁驱动改变波纹管倾斜方向及倾斜程度，从而实现对光束偏折的动态调控，其光束偏转范围可达-35°～+35°甚至更高。
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1.一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于，所述光束偏转器分为透射式光束偏转器和反射式光束偏转器，所述光束偏转器的主腔体由波纹管(7)构成，所述波纹管(7)内部填充透明流体(6)，所述波纹管(7)上下两端均由光学玻璃(1)封装，所述光束偏转器的致动部分包括环形永磁铁和线圈阵列，所述环形永磁铁被镶嵌在外腔(4)上端，所述外腔(4)与波纹管(7)为同轴嵌套结构，所述线圈阵列由多个线圈等间隔排列成环形固定在动子支架(5)上，所述线圈阵列位于环形永磁铁正上方，所述动子支架(5)与波纹管(7)上端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述光束偏转器的主腔体由波纹管(7)构成，通过控制波纹数量、波纹间距、管壁厚度和杨氏模量调节其弹性性能，提高控制精度和响应时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述透明流体(6)为硅油(8)，所述光学玻璃(1)为BK7玻璃，所述光束偏转器为透射式光束偏转器。
4.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述透明流体(6)为
5.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述透明流体(6)为空气(10)，所述波纹管(7)上端口的光学玻璃(1)为镀全反膜的光学玻璃(9)，波纹管7下端口可以密封或者不密封，所述光束偏转器为反射式光束偏转器。
6.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述环形永磁铁为定子永磁铁(3)，所述线圈阵列为动子线圈阵列(2)，通过控制它们的尺寸、分布和间距确保环形永磁铁与线圈阵列产生足够的驱动力和移动空间。
7.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于，所述外腔(4)和所述动子支架(5)采用工程性塑料PC-ABS制作。
8.一种基于波纹管结构的光束偏转器的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于，所述光束偏转器分为透射式光束偏转器和反射式光束偏转器，所述光束偏转器的主腔体由波纹管(7)构成，所述波纹管(7)内部填充透明流体(6)，所述波纹管(7)上下两端均由光学玻璃(1)封装，所述光束偏转器的致动部分包括环形永磁铁和线圈阵列，所述环形永磁铁被镶嵌在外腔(4)上端，所述外腔(4)与波纹管(7)为同轴嵌套结构，所述线圈阵列由多个线圈等间隔排列成环形固定在动子支架(5)上，所述线圈阵列位于环形永磁铁正上方，所述动子支架(5)与波纹管(7)上端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述光束偏转器的主腔体由波纹管(7)构成，通过控制波纹数量、波纹间距、管壁厚度和杨氏模量调节其弹性性能，提高控制精度和响应时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于波纹管结构的光束偏转器，其特征在于：所述透明流体(6)为硅油(8)，所述光学玻璃(1)为bk7玻璃，所述光束偏转器为透射式光束偏转器。
【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑞，朱加振，张梦婷，张安宁，梁忠诚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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