新颖的高精度致动器

　　近期，随着光电子、海量存储、半导体以及生物医学的快速发展，人们对具有高分辨率、长期稳定性的运动控制系统的要求越来越高。过去，应用在光学领域的运动控制系统　　主要依靠步进电机、直流伺服电机和铁电致动器(主要是指压电晶体或是电致伸缩体)。这些装置由于具有高的重复精度和高的自动化程度，因而主要应用在装配生产线及机械　　加工过程中。

　　然而，对光学领域，运动控制系统主要应用在信号延迟线的优化和保持，光纤的校准和定位，以及光刻领域中。所有这些应用的特点是要求位移控制装置必须尺寸小，同时具　　有长期的稳定性，这些特点甚至较高的重复移动精度更为重要针对传统的位移控制装置，如果要获得高精度及高重复精度时，必须依靠外部的致动或附加电压，因而就下能获　　得较为满意的分辨率。另外，依靠传统的位移控制装置，最高也只能获得几十纳米的分辨率精度，这个精度已被证实是远远不能满足下一代纳米级位移系统的精度要求。

　　虽然如此，通过新技术的变革，使得位移控制技术得到了发展，其分辨率精度已经可以满足光学领域的那些苛刻要求了r这种改进的系统可以不需要外加电压或制动就可以达到高的定位精度，同时还能提供几一十纳米级的分辨率精度，甚至有些其他的系统能提供好于10um的分辨率精度.

　　1.经典的运动控制系统

　　在光学领域，进行微米或皮米驱动时大都采用移动工作台和旋转工作台集成在一起的系统，这样的系统现在已经是一种较为经典的位移控制系统了。这样的装置一般由步进电机或直流伺服电机带动一个精密螺纹丝杠副来产生直线位移。其中直流电机可提供平滑连续的运动，而步进电机由于电流的脉冲响应产生非连续的位移。在两种情况下，反馈冲击要影响纳米级的分辨率精度。

步进电机应用磁性相吸和排斥的原理来推动一个螺丝。通过改变定子上不同线圈绕组中的电流来产生推动水磁铁或转子的旋转力矩。一旦步进电机绕组通电，就会产生阻转力矩;只有当电流分别在各个线圈绕组间依次i}断时才产生电机的运动。为提供转动必须使用数字脉冲电流信号，因而步进电机旋转不是连续的。通过在步距间进行插值(被称作半步或步细分技术)，可以实现低于10 nm的分辨率、1 um的绝对精度。

　　与直流电机不同，步进电机特有的阻转或制动力矩，因而在断电后的一段时间内，可依然保持其位置精度。然而对于采用高分辨率步细分技术的步进电机，在断电后，其定位　　精度可保持在较其细分位置最近的一步内。这样，步进电机可在25 mm行程内获得10nm的分辨率及1um的绝对定位精度。另外，这样的步进电机在断电后12h中依然可以达到100 nm的位置保持精度。应用这样的步进电机不仅可获得相当好的精度，同时由于采用廉价的开环控制技术，因而在光学领域得到了广泛的应用。