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双轴激光扫描系统的基本原理

发布时间:2019/05/17 点击量:
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一束激光被两片扫描振镜反射,并且通过一片聚焦镜。振镜片在一个galvo-扫描器马达的带动下高速的来回延轴旋转。在大多数情况下,最高偏转角镜是+12.5°(+10°往往是一个较安全范围)入射角不能偏于45°

在设计双轴扫描器时,我们的目标是:
 •能够达到理想的扫描范围.
 •能够达到最高的速度.
 •能够达到最小的焦斑.
 •使得成本能够最低.

一些要考虑到的限制因素:
 •光束质量的因素Q (Q=M2).
 •扫描角度的限制因 素.
 •光束能量减少的因素.
 •扫描器通光口径的影响因素.

扫描器的扫描范围
  光束的扫描范围较超过某个角度q,等于两倍的振镜反射角。因此,在X和Y两个方向上扫描的范围可能是q=±20°。(最大的扫描范围应该是q=±25°)。在X和Y轴上,实际的扫描面积应该是2Ftanq。

近似值发生的原因:

  通常在镜片的设计中,会考虑到它的失真现象。所以对于q来说扫描的位置是对称的,而不是tanq。在双轴上扫描时,会出现几何失真的现象,这个是与镜头的属性不相干的。

  焦斑尺寸下限d (1/e2 亮度直径) 相对于激光光束直径‘D’ (1/e2)是d = 13.5QF/D mm例如:一束TEM00(Q=1) 的直径是13.5mm(1/e2)用一个焦距100mm的理想聚焦镜片,焦距出来的点的直径是100mm(带入一个实际数值Q=1.5, 焦斑尺寸应该是150um.)
  从上面的方程式可以看出,光的速度和光学畸变可导致聚焦点大小都大于最低衍射值。
  大尺寸范围需要使用长焦距镜头。相反的,这会导致更大的聚焦点,除非把光束直径大小, 振镜大小,和镜头直径全部加大。
  在大多数的扫描结果里,焦斑的尺寸大小通常是以平均值的形式给出的。

 扫描器的口径往往是有限的,比如说直径是‘A ’mm。
  光的衍射发生在有限的口径中,也就是光束的能量会被阻挡,即使是一束中心光束也一样。对于一束TEM00光束(Q=1),它在圆孔的能量损耗可以参考下面的数据:

表中显示,那里的扫描器口径仅限于A毫米直径, 激光光束直径D (1/e2) 必须选定一个尺寸和功率低损耗的折衷点。对于大多数的激光扫描系统来说D=A/1.4这个值可以被接受。
     振镜1(或者叫振镜X)
     振镜1的宽度是由光束的直径所决定的。完整光束直径在这里是比较容易讨论的,完整的光束直径在一定程度上是任意的。
  例如,一个系统设计师可能将DF界定为激光射在有机玻璃留下的烧焦的光束直径。另外DF可能被定为一个能量为99%的标准能量点,或者是限定在某个范围内,如1.4D – 1.6D.

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