[发明专利]一种单光纤微型扫描器件及其驱动系统

说明书

本发明公开了一种单光纤微型扫描器件及其驱动系统，属于光学扫描技术领域。器件包括：压电双晶片，用于对光纤扫描提供驱动力；光纤，放置在所述压电双晶片的上表面，通过所述压电双晶片上表面的中心，且与所述压电双晶片长度方向平行。驱动系统包括：驱动电压信号发生单元，信号放大单元以及本发明所述的一种单光纤微型扫描器件。本发明的单光纤微型扫描器件，仅用压电双晶片作为单一驱动单元驱动实现二维扫描，相比其它二维扫描器件通常需要至少两轴的驱动单元或附加特殊的微型结构，具有稳定性高的优势。同时，相比传统扫描器件，本发明的器件结构简单，体积小，易于制造。

技术领域

本发明属于光学扫描技术领域，更具体地，涉及一种单光纤微型扫描器件及其驱动系统。

背景技术

单光纤微型扫描器件在激光雷达、激光投影、微型内窥镜等技术领域具有重要的应用前景。单光纤微型扫描器件主要有以下两种技术路线：一种是利用微型扫描器件使光纤末端快速摆动进行扫描；另一种是光纤末端保持不动，通过基于MEMS技术的微振镜系统，对光纤末端出射的光进行扫描。其中基于MEMS技术的微振镜系统集成度高，稳定性较好，但制作工艺复杂，研究门槛高，且整体直径通常大于2mm，难以进一步微型化，使其无法应用于消化道内窥镜等场景。基于光纤末端扫描的微型扫描器件主要有以下几种：压电驱动、电磁驱动、电热驱动。其中电磁驱动的微型扫描器件可以小电流实现较大的扫描范围，但其扫描速度较慢，且直径通常在10mm左右，无法用于快速、微型化要求高的应用场景。电热驱动的微型扫描器件扫描速度较慢，同样无法用于快速扫描的应用场景。基于压电驱动的微型扫描器件结构紧凑，制作工艺简单、成本低、扫描速度快，具有更广阔的应用前景。

目前基于压电驱动的微型扫描器件通常利用机械共振原理使光纤末端实现较大的扫描范围。按照可实现的扫描方式不同，可以分为螺旋扫描类、栅格扫描类和李萨如扫描类。现有的微型压电扫描器件，使用螺旋扫描通常具有对称结构，体积小且可扫描速度快，但螺旋扫描密度不均匀，且两轴共振频率相同，因此存在机械耦合，会恶化扫描轨迹，难以通过后期处理完全消除；使用栅格扫描需要两轴扫描频率差别较大，一轴扫描频率快，实现行扫描，另一轴扫描频率慢，实现帧扫描，为实现该频率要求，通常慢轴工作在非共振模式下，因此需要较高的驱动电压才能产生足够大的扫描范围，安全性和稳定性不高；使用李萨如扫描，虽然轨迹更加均匀，两轴工作频率不同，避免了机械耦合，但需要在光纤上附加其它的微结构使光纤在两个振动方向上的共振频率分开，而微结构制作工艺复杂，对精度要求极高，且稳定性不高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种单光纤微型扫描器件及其驱动系统，其目的在于简化传统微型扫描器件的结构，并提升扫描稳定性。

为实现上述目的，提供了一种单光纤微型扫描器件，包括：

压电双晶片，用于对光纤扫描提供驱动力；

光纤，放置在所述压电双晶片的上表面，并通过所述压电双晶片上表面的中心，且与所述压电双晶片长度方向平行。

进一步地，所述光纤非圆对称且有两个经过光纤中心正交的对称轴，所述两个正交的对称轴与压电双晶片上表面呈一定夹角。

进一步地，所述光纤为熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤或异形包层光纤。

进一步地，所述压电双晶片一端固定，另一端自由，所述光纤在压电双晶片的自由端固定，并在所述自由端伸出一段悬空，形成光纤悬臂梁。

进一步地，所述光纤悬臂梁不包含涂覆层。

进一步地，所述压电双晶片，包括：

两片压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的上下表面均镀有导电薄膜，分别形成上下两个表面电极；

中心层，位于两片压电陶瓷片之间，用于加强压电陶瓷片的机械强度。

进一步地，所述两片压电陶瓷片的极化方向均为垂直于压电双晶片的上下表面。