使用非球面透镜对激光扫描系统进行性能分析（3)

cherryjhy · 发表于 2023-4-7 09:08:01

轴上的3D光线追迹分析

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不同Theta角的光线追迹说明

在光学扫描系统前定义输入扫描角Theta。

通过参数耦合进行系统调整

 对于一维扫描过程，使用参数耦合工具。
 扫描镜Y的绝对方位角是自动设置为期望输入扫描角。

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1. 用户输入扫描透镜期望的输入扫描角度
2. 系统参数
3. 输入变量
4. 源代码编辑器（脚本定义）

离轴25º的3D光线追迹分析

场曲和畸变探测器

通过寻找焦点位置工具（Find Focus Position Tool），场曲和畸变探测器可以测量3D焦点位置，且光束位置依赖于在扫描光学之前的球形输入角θ的在屏幕上的测量光束位置。
因此，必须通过参数耦合工具给探测器提供θ的输入角。

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执行扫描过程
对于扫描过程角度θ，通过参数耦合工具来设置扫描镜，沿着y轴从1°到25°扫描，步长为1°。
只有沿着y轴扫描，弧矢焦点由x方向的光斑尺寸决定，子午焦点由y方向的光斑尺寸决定（后面将会介绍弧矢和子午平面）。
从参数运行文档，可以绘制场曲图和畸变图。
使用一维数值数据阵列多重图表模式将子午(1)和弧矢(2)场曲和畸变数据结合在一起。

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畸变
畸变是输入扫描角到偏转光束的理想探测器位置的线性测量，因此，畸变是探测器平面上光束位置像差的一个影响条件。
线性依赖关系可能是tan（Θ）或者在F-Theta物镜中是Θ（LSC.0002）。
很明显，相比于F-Tan(θ)特性，非球面透镜能够更好的校正F-Theta。这是由于相比于球面透镜，非球面透镜进行部分像差校正。

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分析轴上的光束剖面

入射角到非球面透镜是0°。
为了更准确的评估焦点光斑，使用几何场追迹（Geometric Field Tracing ）和焦区域探测器（Focal Region Detector）分析光束剖面。
因此，与光线追迹的结果相比，由于场追迹可以直接评价光束剖面，包括能量分布和光束发散角。，因此产生的焦点光斑在位置和尺寸方面都不同，

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分析离轴的光束剖面

在一般情况下，与轴上场相比，离轴场中心方向上有所不同。
因此，如果探测器（1）正交于光轴的话，线性相位的叠加依赖于中心方向。
通过倾斜探测器(2)以避免线性相位，根据场的中心方向，可由主光线的方向决定。
最后，剩余的球面相位表示离焦像差。

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入射角到非球面透镜是25°。
在探测器平面将探测器进行横向偏移以及倾斜来减小采样数以分析光束剖面。
通过椭圆光束剖面（下左图）和像散波前（下右图）可知，产生的光束分布受到像散的影响。

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其他的VirtualLab特征
在此案例中，您可以从以下选择的特征中获益：
探测器种类
在场曲和畸变探测器（Field Curvature and Distortion Detector）中使用寻找焦点位置工具（Find Focus Position Tool）来测量焦点和光束位置（Find Focus Position Tool）
在焦区域，使用焦区域探测器来计算焦区域中的场
参数耦合
调整反射镜方位角，即到扫描透镜的期望输入扫描角度theta
参数运行
生成场曲图和畸变图

总结
VirtualLab可以
使用双轴扫描镜和指定扫描光学透镜模拟激光扫描系统
在目标平面上，分析偏转光束
通过光线追迹计算场曲和扭曲
通过几何场追迹计算光束剖面
场追迹可以更加准确地分析焦点光束

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使用非球面透镜对激光扫描系统进行性能分析（3)

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