F-Theta物镜激光扫描系统的性能分析

F-Theta物镜激光扫描系统的性能分析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Bonnie1985119/article/details/143731050

F-Theta物镜激光扫描系统是一种高性能的激光扫描解决方案，广泛应用于各种精密测量和成像领域。本文将详细介绍该系统的组成、工作原理和性能评估方法，帮助读者深入了解其技术细节和应用前景。

应用案例概述

激光扫描系统（LSC.0002 v1.0）主要由以下组件构成：

• 光源：采用绿光二极管作为激光源
• 元件：
• 双轴振镜扫描仪
• F-Theta物镜
• 探测器：
• 场曲和畸变探测器
• 光束强度剖面探测器
• 焦点区域探测器
• 光束参数探测器

系统说明

激光扫描系统的性能评估主要通过分析扫描场尺寸、场曲和畸变等指标。系统包含一个扫描仪单元和一个F-Theta物镜，在一维扫描过程中（沿入射角Theta），通过分析光束的场曲和畸变来评估其性能。此外，还会计算不同扫描位置处的光束尺寸和轮廓。

模拟和设计结果

在本案例中，可以利用VirtualLab软件的以下特征进行系统分析：

• 各种探测器：
• 测量与反射镜扫描角度相关的焦点位置
• 测量探测器平面上的光束位置
• 使用焦点区域探测器计算焦点区域中的场
• 参数耦合：
• 针对扫描光学部分的期望输入扫描角度Theta来调整反射镜方位
• 参数运行：
• 估计扫描场尺寸
• 生成场曲和畸变图

总结

VirtualLab可以模拟一个由双轴扫描反射镜和一个F-Theta物镜构成的激光扫描系统，并分析目标平面上的光束偏转。具体包括：

• 通过光线追迹来计算扫描场尺寸、场曲和畸变
• 通过几何场追迹来计算光束剖面
• 场追迹可以更准确地分析光束位置和焦点

应用案例详述

系统参数

• LSC.0001和LSC.0002为激光扫描系统
• 通过模拟扫描过程来分析F-Theta物镜的场区和畸变
• 相对于LSC.0001，显示了性能提高
• 强烈建议首先阅读LSC.0001

模拟任务

• 连续激光模
• 规格：输入激光光束：激光组件中的单模二极管激光器
• 规格：电流反射镜定位系统：典型双轴振镜扫描仪
• 规格：F-Theta物镜概述：
  
  
  
  来自目录Schott_2014

定位双轴振镜扫描仪

• 双轴反射镜由两个分离的镜子组成
• 第一镜将目标光束偏转到x方向，而光束沿第二个镜子的旋转轴偏转
• 第二反射镜将目标光束偏转到y方向
• 在VirtualLab中关于反射镜的设置可以在LSC.0001中找到

评价扫描场尺寸

• 为了在探测器平面（视野场）评价扫描场的大小，可以执行一个扫描过程
• 使用参数运行的扫描模式，通过逐步的改变反射镜X和反射镜Y倾斜角度直至最大机械角度±12.5°，以模拟扫描过程

扫描过程的结合点图

• 上图显示了偏转光束中主光线的位置，光束由于不同位置的反射镜而发生了偏转。由参数运行（Parameter Run）的联合输出特性（Combined Output Feature）生成
• 参数运行的组合光斑图可以在探测器平面上评估扫描场尺寸（例如50mm x50mm）
• 此外，扫描位置位于非等距网格，由镜子倾斜和实际入射扫描角Theta之间的非线性关系生成（想要更多细节，参见下一张幻灯片）

反射镜倾斜和入射扫描角Theta之间的非线性关系

• 为了更好地说明反射镜X和Y倾斜角和入射扫描角Theta之间的非线性关系，执行相似的参数运行（此过程中没有使用扫描光学原价n）（参见下图）
• 这种非线性特性是由三维反射定律和两个扫描维度分离的反射镜引起的
• 因此，探测器的位置位于一个非等距网格上
• 为了生成一个等距网格，必须使用3D反射定律来解析地补偿非线性

补偿反射镜倾斜和目标平面上光斑位置之间的非线性关系

• 上一个幻灯片，我们已经看到了反射镜倾斜和目标平面上光斑位置之间的一个非线性关系。在下面我们将使用VirtualLab的参数耦合（Parameter Coupling）工具来补偿非线性关系。