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激光扫描系统(LSC.0002 v1.0) HXF5fs $-9m8}U(Y 应用案例概述 $aTZC>R X_XeI!,b 系统细节 I3o6ym-i S2/c2 光源 o|G.tBpKg – 绿光二极管 rkW*C'2fz 元件 c,;-[sn – 双轴振镜扫描仪 ZK4/o – F-Theta物镜 Q}ho
Y 探测器 ?}y?e}y*xZ – 场曲和畸变探测器 f,z_|e – 光束强度剖面探测器 (</cu$w>H) – 焦点区域探测器 h0`@yo
– 光束参数探测器 jE_a++ 模拟/设计 u(\O – 光线追迹:分析扫描场尺寸,场曲以及畸变 rWI6L3,i+ – 场追迹:考虑衍射效应,进行更精确的光束尺寸和剖面的研究 p%5RE%u 1{R1:` 系统说明 g&;:[&%T] */ZrZ^?o U}(*}Ut 激光扫描系统的性能评估 Zuod1;qIh g9I2 e<;o 一个激光扫描系统的扫描光学部分包含了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。 G^J|_!.a 此外,计算了不同扫描位置处的光束尺寸和轮廓。 9r%O Yd:8iJA 模拟和设计结果 e>1z1Q;_uv 7u-o7#,X2 };!S2+ 其他的VirtualLab特征 MDa 4U@Q .0;Z:x_3 在此案例中,你将从以下选择的特征中获益: '"Q;54S** 各种探测器 U#R=y:O? - 测量与反射镜扫描角度相关的焦点位置 JX@/rXFY} - 测量探测器平面上的光束位置 _c?&G` - 使用焦点区域探测器计算焦点区域中的场 uqPagt< 参数耦合 0t?: - 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 p7}xgUxX 参数运行 '+^HeM^; - 估计扫描场尺寸 %{g<{\@4(; - 生成场曲和畸变图 xpt*S~ N=lFf+ 总结 (gZKR2hO
57^X@ra$ VirtualLab可以 F?xbVN 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 fEF1&&8^ 分析目标平面上的光束偏转 s,O:l0 - 通过光线追迹来计算扫描场尺寸,场曲和畸变 \&|)?'8rS - 通过几何场追迹来计算光束剖面 ntE;*FyH - 场追迹可以更准确地分析光束位置和焦点 X*6bsYbK- 应用案例详述 s0
hD;`cm 8R}CvzI 系统参数 ,cD(s(6+ >.N?y@ 应用案例内容 4JSf t
t LSC.0001和LSC.0002为激光扫描系统。 >QV=q`I 在这个案例中,通过模拟扫描过程来分析F-Theta物镜的场区和畸变。
+T02AS 相对于LSC.0001,显示了性能提高。 Sb I %| 强烈建议首先阅读LSC.0001。 <m:8%]%M6 ys|a ^VnN file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_01_RayTracing.lpd (mIw3d8Tz 1>bG]l1// 模拟任务 !=M[u+- fvgjqiT 连续激光模 1TeYA6 t Bfwa1#%? 规格:输入激光光束 xG i,\K\: raRb
K8CQ 激光组件中的单模二极管激光器 Y S )Q#fP o_hk!s^4m 规格:电流反射镜定位系统 -@f5d d[ (KgX9
_Vr>/f 典型双轴振镜扫描仪 &y"e|aE R@Ch3l@ .jW+\mIX 规格:F-Theta物镜概述 <hazrKUn U1!6%x |9cJO@ 规格:F-Theta对象透镜参数 ^"N]i`dIF [O92JT:li ikd~ k>F
c+P.o.k; (F9U`1~4 x-0S-1M :s|" ZR 来自目录Schott_2014 qBL>C\V + 2Ur9*#~kGp 详述应用案例 _s{on/u J_) .Hd 光线追迹模拟和结果 *0M[lR0t q))rlMo 定位双轴振镜扫描仪 2)oT\m QEo
i9@3
U'8+YAgc <2Q+? L{ 双轴反射镜由两个分离的镜子组成。 T 2Uu/^ 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。 ^i>Tm9vM 第二反射镜将目标光束偏转到y方向。 <49Gsm&0 在VirtualLab中关于反射镜的设置可以在LSC.0001中找到。 >p"ytRu^ file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_01_RayTracing.lpd l!z)gto -L=aZPW`M 评价扫描场尺寸 3sUTdCnNf };{V]f 0 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。 t2V|moG
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。。 w<}kY|A"=- `<}Q4p X)P;UVR0 扫描过程的结合点图 =z_.RE /1A3
Sw
@APv?>$) "'Bx<FA 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。 [=f(u
wY>g 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)。 4KH8dau.fF 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)。 \v|nRn,`- file: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_02_ScanningProcedureAngles.run V $'~2v{_ k'H+l]= 反射镜倾斜和入射扫描角Theta之间的非线性关系 #m
%ZW3 ~MuD`a7#G 为了更好地说明反射镜X和Y倾斜角和入射扫描角Theta之间的非线性关系,执行相似的参数运行(此过程中没有使用扫描光学原价n)(参见下图)。 !h\>[ O 这种非线性特性是由三维反射定律和两个扫描维度分离的反射镜引起的。 wrtJ8O( 因此,探测器的位置位于一个非等距网格上。 S}QvG&c 为了生成一个等距网格,必须使用3D反射定律来解析地补偿非线性。 @D$^-
S6 ^t X}5i`P file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_03_NonLinearBehavior.run ."HDUo2D7 dY|~"6d) 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 e+`LtEve0 w +pK=R 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。 "}"hQ.kAz v2Lx4:dzi 在F-Theta物镜焦平面上,光束的横向位置线性依赖于球形入射角Theta(θ)和有效焦距(EFL)。 H[H+s!)" 理想的球入射角Theta和Phi可以由探测器平面上的光束理想横向位置(x,y)计算得到。 2L\} qIXo_H&\C 通过参数耦合进行系统调整 /#WRd}IjK Q&Q$;s3|Y 如前面的扫描过程所示,反射镜倾斜和探测器平面上点位置之间的非线性关系可以由参数耦合中补偿。 L$T23*9XY 因此,对于某点的位置,扫描镜的方向可使用三维反射定律来计算。 yiourR)H< 使用参数耦合工具,系统可根据三维反射定律来进行调整。 F ?APDGAN I[P43>F3
W DrC |r|<cc#
Q:nBx[% q oA?
1.用户在成像面输入光束的理想横向位置 aXOW +$, 2.系统参数 I%4)% 3.输入变量 `Mg&s* 4.源代码编辑器(脚本定义,实现实际的补偿。) fv;3cxQp {nr}C4]o 参数耦合脚本的输入变量也可以通过LPD的参数预览来进行访问。 S5%I+G3 F},#%_4 *!mT#Vm^ 轴上的3D光线追迹分析 Oq[2<ept bQTkW<7gh file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_01_RayTracing.lpd x-hr64WFK moop.}O< 离轴P(25,25)mm上的3D光线追迹分析 2b&&3u8 G6*P]< 7,^.h<@K 再次进行扫描过程 QGC%, F"+ F\K&$5J{p 使用参数运行的扫描模式,从-10mm到10mm,在探测器平面逐步地(每个维度5步)上改变理想光束x位置和y位置,以完成扫描过程。 d9qA\ [ 从参数运行文档,可以绘制场曲和畸变的期望的图像,如LSC.0001所示。 Z30r|Ufh ) (4.7> file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_04_ScanningProcedurePos.run &"_5?7_N #0:N$'SZ 扫描过程中的组合点列图 ~4T:v_Q7g +VE]
.*T jPDk~| file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_04_ScanningProcedurePos.run X npn{ 从参数运行(Parameter Run)中,可以生成所有单点图的组合点图。 }=7?
&
b 点位置位于等距网格的原因是使用参数耦合(Parameter Coupling)工具补偿反射镜倾斜到期望输入扫描角的非线性行为。 ?FV>[&-h#I 指定扫描过程的完整光线追迹数据可以在一个单独文档中获得。畸变评估 @7}]\}SR 可以进行一维畸变评估(输入扫描角度Theta或者探测器横向位置)。 ~_XK<}SK 下图显示了使用F-Theta而不是一个非球面透镜以显著改善F-Theta畸变(LSC.0001)。 .+.'TY-- LSC.0001中可以找到计算畸变的一个详细解释。 5LYzX+a) l-mt{2 file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_05_FieldCurvatureDistortion.run results stored in: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_05_FiedlCurvatureDistortion.da %}`zq8Q; @,9cpaL3 场区评估 #?3oGrS Y QTC-W2t] 以或者以输入扫描角度Theta或者以探测器横向位置来进行一维场曲评估。 _Hp[}sv4) 下图显示了使用F-Theta物镜而不是一个非球面透镜场曲的显著改善(LSC.0001)。 "/#=8_f 可以在LSC.0001找到场曲计算的详细说明。 ZcQ@%XY3~ l`mNOQ@}' file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_05_FieldCurvatureDistortion.run 79yF { • A detailed explanation of the calculation of the field curvature can be found in LSC.0001. w>TlM*3D/ results stored in: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_07_FiedlCurvatureDistortion.da (X{o =co, wf,B/[,d 详述应用案例 ?as1^~ 场追迹的模拟和结果 i(9 5=t( Y}n$s/O:u8 分析光束剖面 t
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几何场追迹引擎可以在一个特定的探测器位置上更为精确地评估光束剖面,位置和直径。 @OB7TI_/
因此,使用聚焦区域探测器,通过几何场追迹在几何区域内传播场并且在衍射区域内求解光束传播的衍射积分。 5Z<y||= 将光束参数探测器(Beam Parameter Detector)应用到倾斜探测器的场以获得束腰距离dw。因此,场曲率值ZFC可以用物理光学方法进行计算。 9&O7 |