เรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยี Beam Deflection ซึ่งอิงจากการสื่อสารด้วยแสงในอวกาศภายใน 3 นาที

เทคโนโลยีการโก่งตัวของลำแสงเป็นองค์ประกอบสำคัญของการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในพื้นที่ว่าง และประสิทธิภาพของเทคโนโลยีนี้จะเป็นตัวกำหนดว่าการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในพื้นที่ว่างสามารถตอบสนองความต้องการในการสื่อสารที่รวดเร็วและมีเสถียรภาพได้หรือไม่ เทคโนโลยีการโก่งลำแสงสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท: เทคโนโลยีการโก่งลำแสงแบบกลและเทคโนโลยีการโก่งลำแสงแบบไม่ใช้กล เทคโนโลยีการโก่งตัวของลำแสงเชิงกล ได้แก่ กัลวาโนมิเตอร์แบบสแกน กระจกควบคุมแบบเร็ว และกระจกที่เปลี่ยนรูปได้ของระบบเครื่องกลไฟฟ้าไมโคร เทคโนโลยีการโก่งลำแสงแบบไม่ใช้กลไก ได้แก่ เทคโนโลยีการโก่งของแสงอะคูสติกออปติก เทคโนโลยีการโก่งของวัสดุคริสตัลเหลว และเทคโนโลยีการโก่งของแสงด้วยไฟฟ้า

มาดูลักษณะของเทคโนโลยีการโก่งลำแสงต่างๆ และแนวโน้มการใช้งานในด้านการสื่อสารด้วยแสงในอวกาศ

1.การสแกนกัลวาโนมิเตอร์

อุปกรณ์เบี่ยงลำแสงเชิงกลที่เติบโตเต็มที่ที่สุดคือเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแบบสแกน ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือตัวสะท้อนแสงที่มีเวลาตอบสนองเป็นขั้นเป็นมิลลิวินาที/ต่ำกว่ามิลลิวินาที และมีความแม่นยำในการชี้ระดับไมโครเรเดียน ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 แผนผังของการสแกนกัลวาโนมิเตอร์

ระบบสแกนกัลวาโนมิเตอร์มีโครงสร้างเรียบง่าย ขนาดเล็ก ความแม่นยำในการสแกนสูง ความเร็วที่รวดเร็ว และต้นทุนค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม มันมีปัญหา เช่น ระยะการทำงานที่จำกัด ความบิดเบี้ยวของหมอนอิง และการสึกหรอของกัลวาโนมิเตอร์ อุปกรณ์นี้บรรลุมาตรฐานประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในแง่ของมุมโก่ง ตัวอย่างเช่น กัลวาโนมิเตอร์สแกนซีรีส์ XG210 ที่เปิดตัวโดยบริษัท THORLABS ของอเมริกา มีมุมโก่งสูงถึง ±20 องศา ปัจจุบัน นักวิจัยทั้งในและต่างประเทศกำลังทำงานเพื่อเพิ่มความเร็วในการสแกน และใช้วิธีการต่างๆ เช่น พัลส์เลเซอร์ femtosecond และโครงสร้างกัลวาโนมิเตอร์หลายมิติ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตาม สำหรับกัลวาโนมิเตอร์สองมิติและเทคโนโลยีการสแกนกัลวาโนมิเตอร์ในมิติที่สูงกว่า โครงสร้างของระบบมีความซับซ้อนมากขึ้น และข้อผิดพลาดในการวางแนวจะเกิดขึ้นในการใช้งานจริง และจำเป็นต้องใช้วิธีการแก้ไขที่ดีเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาด ในอนาคต เราสามารถพิจารณาใช้เทคโนโลยีการควบคุมโครงสร้างแบบแปรผันและเทคโนโลยีการควบคุมแกนคอมโพสิตสองระดับแบบหนาและแบบบางเพื่อช่วยในการระงับข้อผิดพลาดที่ตกค้าง สามารถนำไปใช้ในกลุ่มดาวดาวเทียมที่มีสภาพแวดล้อมพื้นที่ดีและมีรอบการทำงานสั้น เพื่อให้การติดตามและสแกนมีความแม่นยำสูงและมีประสิทธิภาพสูงสุด นอกจากนี้ พลังของเลเซอร์ในการสื่อสารด้วยเลเซอร์โดยทั่วไปยังสูงมาก ดังนั้นการเลือกวัสดุกระจกกัลวาโนมิเตอร์ที่มีการสะท้อนแสงที่สูงกว่าเพื่อลดความเสียหายที่พื้นผิวจึงเป็นปัญหาที่ต้องแก้ไขในอนาคตเช่นกัน

2.กระจกบังคับเลี้ยวแบบเร็ว

กระจกบังคับทิศทางแบบเร็วมีโครงสร้างอยู่ 2 โครงสร้าง FSM (ดังแสดงในรูปที่ 2) โครงสร้างแรกคือโครงสร้างเฟรมแกน XY หรือที่เรียกว่าโครงสร้างระบบเพลา อีกส่วนคือโครงสร้างแกนยืดหยุ่นซึ่งเป็นทิศทางการพัฒนาหลักของ FSM ในปัจจุบัน

รูปที่ 2 (a) แผนภาพโครงสร้างเฟรมแกน XY ของกระจกบังคับเลี้ยวแบบเร็ว (b) แผนภาพโครงสร้างแกนที่ยืดหยุ่นของกระจกบังคับเลี้ยวแบบเร็ว

กระจกควบคุมที่รวดเร็วมีข้อดีคือมีความแม่นยำในการวางตำแหน่งสูง ความละเอียดเชิงมุมสูง ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และขนาดกะทัดรัด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบออพโตเมคานิกต่างๆ และโครงสร้างรองรับที่ยืดหยุ่นยังช่วยลดแรงเสียดทานทางกล แต่ในการใช้งานจริงนั้นจำเป็นต้องมี เมื่อรวมกับโครงสร้างเฟรมความเฉื่อยขนาดใหญ่ จะนำไปสู่ข้อผิดพลาดของแกนแสงบางอย่าง

ในปัจจุบัน การวิจัยในประเทศในสาขานี้มุ่งเน้นไปที่การจำลองโครงสร้างและการควบคุมระบบของตัวสะท้อนแสงอย่างรวดเร็วเป็นหลัก และความคืบหน้าในการพัฒนาตัวสะท้อนแสงใหม่นั้นช้า นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับความจำเป็นในการตรวจสอบซ้ำอย่างต่อเนื่องและต้นทุนการวิจัยและพัฒนาที่สูง ดังนั้น การพัฒนาระบบจำลองร่วมเพื่อให้สามารถจำลองการตรวจสอบทางกายภาพได้โดยการปรับพารามิเตอร์บางอย่างในระบบ จึงทำให้วงจรการพัฒนาสั้นลงอย่างมาก การค้นหาพารามิเตอร์มิเรอร์ที่รวดเร็วประสิทธิภาพสูงเร็วขึ้น และการปรับปรุงประสิทธิภาพการปรับให้เหมาะสมเป็นสิ่งที่ต้องสำรวจใน อนาคต.

ในทางกลับกัน การรบกวนจากความร้อนและการสั่นสะเทือนพื้นฐานที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมอวกาศจะทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของแกนแสงและความกระวนกระวายใจเมื่อชี้ลำแสงที่มีความแม่นยำสูง ปัจจุบัน วิธีการที่มีอยู่คือการใช้ลำแสงที่ประกอบด้วยอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ของ Michelson และกระจกควบคุมแบบเร็ว ระบบการจัดตำแหน่งแบบชี้เพื่อชดเชยปัญหาข้อผิดพลาดของแกนลำแสง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีความแม่นยำต่ำในการจัดการข้อผิดพลาดในการวัดแบบไดนามิก การเพิ่มความแม่นยำของข้อผิดพลาดในการวัดแบบไดนามิกเพื่อชดเชยข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์เป็นปัญหาที่ควรแก้ไขในอนาคต

3.กระจกเปลี่ยนรูป MEMS

กระจกเปลี่ยนรูประบบเครื่องกลไฟฟ้าไมโคร (MEMS-DM) มีหลายประเภท เช่น ไดรฟ์ความร้อนด้วยไฟฟ้า ไดรฟ์เพียโซอิเล็กทริก ไดรฟ์ไฟฟ้าสถิต และไดรฟ์แม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากไดรฟ์ไฟฟ้าสถิตมีโครงสร้างที่เรียบง่าย มีข้อดีคือความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็วและความสามารถในการทำงานภายใต้สัญญาณความถี่สูง จึงขับเคลื่อนด้วยแรงไฟฟ้าสถิตเป็นส่วนใหญ่ และส่วนใหญ่จะใช้งานในรูปของตัวเก็บประจุแบบแบน . โครงสร้างของมันถูกแสดงไว้ในรูปที่ 3

รูปที่ 3 แผนภาพโครงสร้างไดรฟ์มิเรอร์ที่เปลี่ยนรูปได้ของ MEMS

กระจกเปลี่ยนรูปของระบบเครื่องกลไฟฟ้าไมโครมีข้อดีคือมีความหนาแน่นของหน่วยสูง เวลาตอบสนองสั้น ใช้พลังงานต่ำ ต้นทุนต่ำ และความเข้ากันได้ของวงจรรวมที่ดีและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการถ่ายภาพ อย่างไรก็ตาม ยังมีความเร็วในการสแกนที่ช้าและการใช้พลังงานที่มีแสงน้อยอีกด้วย ,ปัญหาเช่นแสงรบกวนมากขึ้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้เริ่มพัฒนายูนิตแอคทูเอเตอร์เพิ่มเติมสำหรับกระจกที่เปลี่ยนรูปได้ เพื่อเพิ่มจังหวะของคลื่นหน้าคลื่นและรับอัตราเฟรมที่สูงขึ้น ในเวลาเดียวกัน กระจกที่เปลี่ยนรูปได้ซึ่งมีแอคทูเอเตอร์มากกว่าจะทำให้เกิดความเครียดทางกลมากขึ้น ดังนั้นการเลือกวัสดุฐานที่มีความแข็งต่ำกว่าจึงถือเป็นหนทางข้างหน้า

4.เทคโนโลยีการโก่งตัวของเสียงและแสง

เทคโนโลยีการโก่งตัวของอะคูสติกออปติกจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าความถี่สูงให้เป็นคลื่นอัลตร้าโซนิคแล้วส่งสัญญาณไปยังตัวกลางทำงานผ่านทรานสดิวเซอร์เพื่อสร้างตะแกรงซึ่งใช้การเลี้ยวเบนของคลื่นแสงเพื่อเบี่ยงเบนลำแสง ดังแสดงในรูปที่ 4 การเลี้ยวเบนของอะคูสติกออปติก เอฟเฟกต์แบ่งออกเป็น การเลี้ยวเบนแบบรามาเนส และการเลี้ยวเบนแบบแบรกก์ ตามความยาวของพื้นที่อะคูสติกออปติก เนื่องจากการเลี้ยวเบนแบบรามาเนสมีประสิทธิภาพในการใช้แสงน้อย และการเลี้ยวเบนแบบแบรกก์มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูง โดยทั่วไปจึงใช้การเลี้ยวเบนแบบแบรกก์

รูปที่ 4 แผนภาพหลักการของการโก่งตัวของเสียงและแสง

อุปกรณ์ปรับทิศทางอะคูสติกออปติกมีข้อดีคือมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา กำลังขับต่ำ และประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูง ในเวลาเดียวกัน เทคโนโลยีการโก่งตัวของอะคูสติกออปติกยังมีความสามารถในการประมวลผลแบบขนานแบบเรียลไทม์ แบนด์วิธขนาดใหญ่ เข้ากันได้กับคอมพิวเตอร์ได้ง่าย และการควบคุมอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อบกพร่องดังต่อไปนี้: แสงที่เลี้ยวเบนส่วนใหญ่เป็นแสงที่เลี้ยวเบนลำดับแรก ซึ่งส่งผลให้อุปกรณ์โก่งตัวแบบอะคูสติกออปติคอลมีข้อบกพร่องที่ชัดเจนในช่วงโก่งมุมกว้าง ความแม่นยำในการโก่งตัวต่ำ ความยากลำบากในการบรรลุการควบคุมที่ดี ของลำแสงและความละเอียดต่ำ "เอฟเฟกต์เสียงเจี๊ยบ" จะปรากฏขึ้นใต้การสแกนด้วยความเร็วสูง

ด้วยการใช้วิธีการต่างๆ เช่น การติดตามด้วยอัลตราโซนิกและความถี่หลายคริสตัลเดี่ยว แบนด์วิธที่มีประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นเพื่อแก้ปัญหาความละเอียดต่ำได้ สำหรับ "เอฟเฟกต์เสียงเจี๊ยบ" คุณสามารถเพิ่มเลนส์ทรงกระบอกหลังตัวเบี่ยงเพื่อกำจัดอิทธิพลของมัน ปัจจุบันมีการศึกษามากมายเกี่ยวกับความถี่ของคลื่นอะคูสติกที่ตกกระทบ และมีการดำเนินการวิธีการปรับปรุงการทดลองต่างๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนและประสิทธิภาพการตอบสนองความถี่ของตัวเบี่ยงอะคูสติกออปติกภายใต้อุบัติการณ์ของคลื่นอัลตราโซนิก แต่ประสิทธิภาพ การเพิ่มมุมโก่งตัวยังไม่ค่อยได้รับการวิเคราะห์

ในอนาคต เทคโนโลยีเวกเตอร์คลื่นเสียงที่ควบคุมได้สามารถพิจารณาเปลี่ยนทิศทางตกกระทบของคลื่นเสียงเพื่อขยายมุมการสแกนการโก่งตัว ตัวบ่งชี้อื่นๆ ของประสิทธิภาพการโก่งตัวของตัวเบี่ยงอะคูสติกออปติก รวมถึงประสิทธิภาพของแบนด์วิธ ความสามารถในการป้องกันไฟฟ้าสถิต และความเสถียรทางความร้อน ก็เป็นจุดสำคัญในการวิจัยในปัจจุบันเช่นกัน

5.เทคโนโลยีการโก่งตัวของจอ LCD

เทคโนโลยีการโก่งตัวของลำแสงที่ใช้วัสดุคริสตัลเหลวส่วนใหญ่ประกอบด้วย: อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสของผลึกเหลว อาร์เรย์ไมโครเลนส์ของผลึกเหลว และตะแกรงโพลาไรซ์ของผลึกเหลว

เทคโนโลยี Liquid Crystal Optical Phased Array (LCOPA) หมายถึงการใช้แรงดันไฟฟ้ากับโมเลกุลผลึกเหลวผ่านอิเล็กโทรด เนื่องจากโมเลกุลคริสตัลเหลวมีเอฟเฟกต์การรีฟริงเจนซ์ที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะควบคุมระดับการโก่งตัวของโมเลกุลคริสตัลเหลวในสถานะต่างๆ ซึ่งส่งผลต่อคลื่นลำแสง มีบทบาทในการมอดูเลตเฟสด้านหน้าเพื่อให้เกิดการสแกนลำแสง ดังแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 แผนภาพหลักการของการโก่งตัวของอาเรย์แบบเฟสคริสตัลเหลว

LCOPA มีข้อดีคือการขับเคลื่อนด้วยกำลังสูงและแรงดันไฟฟ้าต่ำ และสามารถโก่งลำแสงที่มีความแม่นยำสูงพร้อมความคล่องตัวและไม่มีแรงเฉื่อยทางกล อย่างไรก็ตาม แต่ก็มีข้อบกพร่อง เช่น เวลาตอบสนองที่ยาวนานและความกว้างของสเปกตรัมการทำงานที่สั้น นอกจากนี้ มุมโก่งขนาดเล็กยังจำกัดขอบเขตการใช้งานของ LCOPA ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ขยายมุมเพื่อให้ได้มุมโก่งที่ใหญ่ขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น รูรับแสงใช้งานจริงและมุมเดินห่างของอุปกรณ์ขยายมุม ในปัจจุบันอุปกรณ์ขยายมุมจึงเป็นเรื่องยากที่จะขยายมุมให้สูงขึ้น ในเวลาเดียวกัน อาเรย์แบบแบ่งเฟสของผลึกเหลวจะมีลำดับการเลี้ยวเบนหลายลำดับระหว่างการทำงาน และเมื่อประกอบกับอิทธิพลของผลกระทบสหสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้น ประสิทธิภาพการโก่งตัวของ LCOPA จะลดลง

อาร์เรย์เลนส์ไมโครผลึกเหลว (LCMLA) ประกอบด้วยอาร์เรย์เลนส์ 3 ชุด ดังแสดงในรูปที่ 6 เมื่อเปรียบเทียบกับ LCOPA แล้ว LCMLA มีมุมโก่งที่ใหญ่กว่า และไม่ได้รับผลกระทบจากโซนส่งกลับด้วยแสง ดังนั้นประสิทธิภาพการโก่งตัวจึงสูงกว่า ได้รับผลกระทบจากเวลาการเปลี่ยนแปลงของการจัดเรียงโมเลกุล LC ในวัสดุผลึกเหลว ความแตกต่างของเส้นทางแสงที่ LCMLA ต้องการนั้นนานกว่าของ LCOPA ขนาดเล็ก ความหนาก็สามารถทำให้เล็กลงได้ ดังนั้น LCMLA จึงมีเวลาตอบสนองน้อยกว่า LCOPA อย่างไรก็ตาม เพื่อให้บรรลุการสแกนการโก่งตัวของลำแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องใช้ LCMLA ร่วมกับอุปกรณ์โก่งมุมแบบละเอียดบางรุ่น ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนในการใช้งานแอปพลิเคชัน นอกจากนี้ LCMLA ยังประกอบด้วยอาร์เรย์เลนส์หลายชั้น และความเสถียรของระบบนั้นแย่กว่า LCOPA LCMLA ทำการโก่งลำแสงโดยการเปลี่ยนลำดับการเลี้ยวเบนขนาดใหญ่หลักของแสงที่ปล่อยออกมา การเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่ของอาร์เรย์ไมโครเลนส์ส่งผลต่อความละเอียด ซึ่งต้องมีข้อผิดพลาดเล็กน้อยในขนาดของไมโครเลนส์ ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ไข

รูปที่ 6 แผนผังของอาร์เรย์ไมโครเลนส์คริสตัลเหลว

หลักการของ Liquid Crystal Polarization Grating (LCPG) คือแสงที่ตกกระทบจะผ่านโพลาไรเซอร์เพื่อสร้างแสงทางซ้ายและทางขวา จากนั้นจะส่องผ่าน LCPG เพื่อหักเหลำแสงในสองทิศทางที่แตกต่างกัน เส้นทางแสงโก่งตัวแสดงในรูปที่ 7 LCPG ไม่ได้รับผลกระทบจากเอฟเฟกต์ขอบของสนามไฟฟ้า และมีความละเอียดสูง การควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ ความเบา และความยืดหยุ่น LCPG เพียงต้องการสร้างความแตกต่างของเส้นทางแสงของแผ่นครึ่งคลื่นที่เท่ากัน และความหนาที่ต้องการของชั้นคริสตัลเหลวนั้นบางลง ส่งผลให้เวลาตอบสนองสั้นลง รวดเร็วและไม่มีผลกระทบต่อการสะท้อนกลับของแสงที่เกิดจากการรีเซ็ตเฟส นอกจากนี้ยังสามารถบรรลุการทำงานในคลื่นความถี่กว้างได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากสำหรับ LCPG เดียวที่จะบรรลุข้อกำหนดดัชนีของหลายมุมและขอบเขตการมองเห็นขนาดใหญ่ในเวลาเดียวกัน และ LCPG แบบหลายเลเยอร์ก็มีข้อกำหนดสูงในกระบวนการจัดเตรียมและความเสถียรของระบบ

รูปที่ 7 แผนผังของตะแกรงโพลาไรซ์คริสตัลเหลว

LCOPA แบบดั้งเดิมมีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่น และสามารถโก่งตัวได้ดีภายในช่วงมุมที่แคบ ความซับซ้อนของระบบค่อนข้างง่ายและกระบวนการเตรียมการค่อนข้างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ได้รับผลกระทบจากโซนส่งคืนแสงที่เกิดจากการรีเซ็ตเฟส และมีข้อบกพร่องที่ชัดเจนในด้านประสิทธิภาพการโก่งตัว เวลาตอบสนอง และตัวบ่งชี้อื่นๆ ยังคงต้องการการปรับปรุงและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง LCMLA และ LCPG ไม่ได้รับผลกระทบจากโซนส่งคืนแสงและได้ปรับปรุงประสิทธิภาพการโก่งตัวอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ทั้งสองจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์โก่งมุมละเอียดเพื่อให้สแกนลำแสงโก่งแบบกึ่งต่อเนื่องได้ และทั้งสองต้องใช้หลายขั้นตอนเพื่อให้ได้มุมโก่งสูงสุด โครงสร้างแบบอนุกรมจะนำไปสู่ระบบที่ยาวเกินไปและมีเสถียรภาพค่อนข้างต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับ LCOPA และ LCMLA แล้ว LCPG ไม่เพียงแต่มีลักษณะของมุมโก่งขนาดใหญ่และประสิทธิภาพการโก่งตัวสูงเท่านั้น แต่ยังมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวของการทำงานในสเปกตรัมกว้าง แต่สามารถสแกนการโก่งตัวของลำแสงได้ด้วยช่วงเชิงมุมที่กว้างเท่านั้น ปัจจุบัน เทคโนโลยีการโก่งตัวของผลึกเหลวได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุดในการโก่งตัวแบบไม่ใช้กลไก แต่มีข้อจำกัดที่สำคัญในการบรรลุมุมที่กว้างและประสิทธิภาพสูงภายใต้สภาพแสงที่ไม่มีโพลาไรซ์ เพื่อแก้ปัญหานี้ สามารถพิจารณาสถาปัตยกรรมอุปกรณ์และประเภทวัสดุได้ เมื่อใช้อุปกรณ์ตะแกรงโพลาไรซ์คริสตัลเหลว เป็นการยากที่จะบรรลุการโก่งตัวของมุมอย่างต่อเนื่องในการโก่งของมุมกว้าง เหล่านี้เป็นปัญหาที่ต้องแก้ไขในอนาคต

6. เทคโนโลยีการโก่งตัวด้วยแสงไฟฟ้า

เทคโนโลยีการโก่งตัวของแสงด้วยไฟฟ้าเกิดขึ้นได้จากการใช้การโก่งตัวที่เกิดจากเกรเดียนต์ของดัชนีการหักเหของแสงที่ตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของลำแสง ดังแสดงในรูปที่ 8 เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ ตัวเบี่ยงลำแสงที่ใช้คริสตัลอิเล็กโทรออปติกมีข้อดีของการโก่งตัวตามอำเภอใจ มุม ขนาดเล็ก ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และความไวสูง แต่กลับมีปัญหาเรื่องความละเอียดต่ำ

รูปที่ 8 แผนภาพหลักการของการโก่งตัวของแสงด้วยไฟฟ้า

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีรายงานวัสดุอิเล็กโทรออปติคัลที่มีผลกระทบทางอิเล็กโทรออปติคอลทุติยภูมิทั้งในและต่างประเทศ เช่น ลิเธียมไนโอเบต แบเรียมไททาเนต ฯลฯ เมื่อเปรียบเทียบกับคริสตัลที่มีเอฟเฟกต์อิเล็กโทรออปติคัลเชิงเส้น พวกมันมีสมรรถนะที่เหนือกว่า เช่น การตอบสนอง ความเร็วและแรงดันโก่งตัว ในหมู่พวกเขาคริสตัล KTN เป็นตัวแทนมากที่สุด

คริสตัล KTN เป็นคริสตัลที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบันซึ่งมีเอฟเฟกต์แสงไฟฟ้ารองที่ใหญ่ที่สุด มีลักษณะโดดเด่น เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง การสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ เฟอร์โรอิเล็กทริกที่ชัดเจน และคุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้นที่ดีเยี่ยม มีการใช้งานที่หลากหลายมากในด้านการโก่งตัวของลำแสง โอกาส ปัจจุบัน บริษัทต่างชาติ เช่น NTT Company ของญี่ปุ่นและ University of Pennsylvania ในสหรัฐอเมริกา รวมถึง Harbin Institute of Technology, Nankai University และ Shandong Academy of Sciences ในประเทศ ได้ทำการวิจัยมากมายเกี่ยวกับลักษณะการโก่งตัวของ KTN คริสตัล

บริษัท NTT และมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียส่วนใหญ่ศึกษาเทคโนโลยีการโก่งตัวของลำแสงคริสตัล KTN โดยอิงจากการฉีดประจุอวกาศ Shandong Academy of Sciences ศึกษาเทคโนโลยีการโก่งตัวของลำแสงที่เกิดจากการไล่ระดับองค์ประกอบของคริสตัล KTN เป็นหลัก สถาบันเทคโนโลยีฮาร์บินและสถาบันอื่นๆ ศึกษาอิเล็กโทรดของตัวเบี่ยงลำแสงคริสตัล KTN เป็นหลัก ศึกษาประเด็นทางวิศวกรรม เช่น โครงสร้างและอุณหภูมิในการทำงาน

ปัจจุบันมีปัญหาต่อไปนี้: เป็นการยากที่จะบรรลุความสม่ำเสมอทางแสงสูงในการเติบโตของคริสตัล และตอบสนองความต้องการของการใช้งานจริง การใช้งานใกล้กับอุณหภูมิคูรีต้องใช้วิธีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ มีคำถามเกี่ยวกับกลไกการฉีดประจุอวกาศและขั้วที่อุณหภูมิกูรี ประเด็นทางวิทยาศาสตร์ เช่น ภูมิภาคนาโนและกลไกการควบคุมการโก่งตัวของลำแสงจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม

เพื่อที่จะแสดงข้อดีและข้อเสียของเทคโนโลยีการโก่งตัวแต่ละอย่างอย่างสังหรณ์ใจมากขึ้น จึงมีการดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบ ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการโก่งตัวของลำแสง

สรุป

กระจกเปลี่ยนรูปเชิงกลแบบไมโครไฟฟ้าเชิงกลที่ใช้กันทั่วไป กระจกสะท้อนแสงแบบเร็ว และกัลวาโนมิเตอร์แบบสแกนจะเปลี่ยนทิศทางของแกนแสงที่ปล่อยออกมาผ่านวิธีการทางกล ความแม่นยำสามารถเข้าถึงไมโครเรเดียน และมุมโก่งสามารถเข้าถึงเรเดียนหลายสิบเรเดียน พวกเขามีโอกาสนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านการแพทย์และสาขาอื่นๆ . อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหา เช่น โครงสร้างที่ซับซ้อน ขนาดเทอะทะ และการใช้พลังงานสูง เนื่องจากระบบออพติคอลแบบปรับได้มีขนาดใหญ่ กระจกที่เปลี่ยนรูปได้ของ MEMS ทั้งในและต่างประเทศจึงถูกนำมาใช้ในด้านการถ่ายภาพเป็นหลัก ในด้านการโก่งตัวของลำแสง เป็นการยากที่จะตอบสนองความต้องการของสภาพแวดล้อมในอวกาศขนาดเล็ก เพื่อตอบสนองความต้องการสูงด้านเคมีและน้ำหนักเบา

อุปกรณ์โก่งตัวแบบอะคูสติกออปติกมีแบนด์วิธการทำงานขนาดใหญ่ แต่ก็ยากที่จะตอบสนองความแม่นยำในการโก่งตัวของไมโครเรเดียนได้ และมีข้อกำหนดสูงเกี่ยวกับความยาวคลื่น มุม และพลังงานของแสงที่ตกกระทบ และสิ้นเปลืองพลังงานจำนวนมาก

วิธีการต่างๆ เช่น Phased Array ของผลึกเหลวและอาร์เรย์ไมโครเลนส์มีการใช้พลังงานต่ำและแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนต่ำ แต่มีความเร็วในการตอบสนองที่ช้า การโก่งตัวเชิงมุมไม่ต่อเนื่อง มุมโก่งขนาดใหญ่ แต่ประสิทธิภาพการโก่งตัวต่ำในมุมกว้าง ทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการงานของ การส่งข้อมูลแบนด์วิธขนาดใหญ่

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ ตัวเบี่ยงลำแสงที่ใช้คริสตัลอิเล็กโทรออปติกมีข้อดีของมุมโก่งที่กำหนดเอง ขนาดเล็ก ความเร็วตอบสนองที่รวดเร็ว และความไวสูง ถือว่าเหมาะสมที่สุดในการตระหนักถึงทิศทางชั้นนำของเทคโนโลยีการโก่งตัวของแสงความเร็วสูง ในบรรดาวัสดุอิเล็กโทรออปติคอลประเภทต่างๆ ตัวเบี่ยงไฟฟ้าออปติคัลที่ใช้คริสตัล KTN มีข้อดีของการโก่งมุมกว้าง ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว ประสิทธิภาพการโก่งตัวสูง ความแม่นยำในการโก่งตัวสูง การทำงานที่มีแบนด์วิธกว้าง ฯลฯ และมีศักยภาพที่มากกว่า ในการใช้งานในสาขาต่างๆ เช่น การสื่อสารด้วยแสงในอวกาศ กลายเป็นจุดสนใจด้านการวิจัยทั่วโลก ประการหนึ่ง งานต่อมาจะต้องวิเคราะห์และศึกษาลักษณะการเจริญเติบโตและสภาวะของผลึก KTN เพื่อให้ได้ผลึกคุณภาพสูงที่มีองค์ประกอบสม่ำเสมอและมีรูปร่างสม่ำเสมอ ในทางกลับกัน เราต้องค่อยๆ ศึกษากลไกการโก่งตัวด้วยกล้องจุลทรรศน์ของผลึก KTN ซึ่งมีความสำคัญมาก ความสำคัญในทางปฏิบัติ