光学和激光扫描技术手册(原书第2版)

目 录

译者序

原书第2版前言

原书第1版前言

致谢

第1章 激光束特性: M2模型 1

1.1 概述 1

1.2 激光束特性（理论）发展史 1

1.3 本章内容的组织结构 2

1.4 混模激光束的 M2模型 3

1.4.1 基横模:厄米特-高斯和拉盖尔-高斯函数 3

1.4.2 混模:纯模的非相干叠加 5

1.4.3 与光束直径相关的基模特性 6

1.4.4 基模光束的传播特性 8

1.4.5 混模激光束的传播特性:嵌入式高斯分布和 M2模型 9

1.5 利用透镜对基模和混合模进行光束变换 12

1.5.1 利用光束-透镜转换技术测量激光束发散角 14

1.5.2 光束-透镜转换的应用:深聚焦的局限性 14

1.5.3 逆变换常数 15

1.6 基模和混模光束直径的定义 15

1.6.1 由辐照度分布确定光束直径 16

1.6.2 获取实用光束分布图的具体思考 18

1.6.2.1 市售扫描轮廓仪的工作原理 20

1.6.3 五种定义和测量光束直径（常用）方法的比较 21

1.6.3.1 Dpin（针孔分布 1/e2限幅点的间隔） 21

1.6.3.2 Dslit（狭缝分布 1/e2限幅点的间隔） 21

1.6.3.3 Dke（刀口扫描限幅点15.9%和84.1%的两倍间隔） 22

1.6.3.4 D86（通过总能量86.5%的同心圆孔直径） 22

1.6.3.5 D4σ（针孔辐照度分布标准偏差的4倍） 22

1.6.3.6 D4σ（对辐照度分布信噪比的灵敏度） 23

1.6.3.7 ISO选择 D4σ作为标准直径的理由 24

1.6.3.8 直径定义的总结 25

1.6.4 直径定义之间的转换 25

1.6.4.1 M2是唯一的吗? 26

1.6.4.2 转换规则的经验基础 26

1.6.4.3 不同定义直径间的转换规则 28

1.7 测量光束质量M2的具体问题:四切法 29

1.7.1 四切法的逻辑性 29

1.7.1.1 利用附加透镜形成可测束腰 31

1.7.1.2 束腰位置精度 32

1.7.2 数据的图形分析 32

1.7.3 对数据进行曲线拟合分析的相关讨论 34

1.7.4 市售测量仪器和软件包 35

1.8 光束不对称性类型 36

1.8.1 光束不对称性的常见类型 36

1.8.2 等效柱形光束的概念 38

1.8.3 其他光束的不对称性:扭曲光束，复杂像散 40

1.9 M2模型在激光扫描器中的应用 41

1.9.1 立体光刻扫描器 41

1.9.2 转换为统一的刀口法体系 43

1.9.3 为何使用多模激光束? 43

1.9.4 如何解读激光束测试报告? 44

1.9.5 利用等效透镜代替聚焦扩束镜 44

1.9.6 景深和扫描面位置处光斑尺寸的变化 45

1.9.7 限制扫描面上激光光斑圆度的技术要求 46

1.9.7.1 案例A:10%束腰不对称性 46

1.9.7.2 案例B:10%发散度不对称性 46

1.9.7.3 案例C:像散造成扫描面上有12%的不圆度 47

1.10 总结: M2模型综述 48

致谢 49

专业术语 49

参考文献 54

第2章 激光扫描光学系统 56

2.1 概述 56

2.2 激光扫描器结构 56

2.2.1 物镜扫描 56

2.2.2 物镜后置扫描 56

2.2.3 物镜前置扫描 57

2.3 光学设计和优化:概述 57

2.4 光学不变量 59

2.4.1 衍射受限 60

2.4.2 实际高斯光束 60

2.4.3 切趾率 61

2.5 性能问题 62

2.5.1 图像辐照度 62

2.5.2 像质 63

2.5.3 分辨率和像素数 64

2.5.4 焦深 64

2.5.5 F-θ条件 65

2.6 初级像差和三级像差 66

2.6.1 初级色差校正 68

2.6.2 三级像差性质 69

2.6.2.1 球差 69

2.6.2.2 慧差 70

2.6.2.3 像散 70

2.6.2.4 畸变 70

2.6.3 三级像差经验法则 70

2.6.4 匹兹伐（Pitzval）半径的重要性 71

2.7 具体设计要求 71

2.7.1 检流计式扫描器 72

2.7.2 多面体反射镜扫描 72

2.7.2.1 扫描线弯曲 72

2.7.2.2 光束位移 72

2.7.2.3 交叉扫描误差 73

2.7.2.4 小结 75

2.7.3 多面体反射镜扫描效率 75

2.7.4 内转鼓式系统 77

2.7.5 全息扫描系统 77

2.8 物镜设计模式 77

2.8.1 简单扫描物镜的设计剖析 79

2.8.2 采用倾斜面的多结构布局 84

2.8.3 多结构布局反射多面体模式 84

2.8.4 单通道多面体反射镜结构设计实例 85

2.8.4.1 CODE V程序中多结构布局物镜参数填写格式 86

2.8.4.2 物镜设计过程 87

2.8.5 双轴扫描 88

2.9 激光扫描物镜设计实例 88

2.9.1 300DPI办公打印机物镜（λ =633nm） 89

2.9.2 广角扫描物镜（λ =633nm） 89

2.9.3 中等视场角扫描物镜（λ =633nm） 89

2.9.4 长扫描线中等视场扫描物镜（λ =633nm） 89

2.9.5 适用于发光二极管的扫描物镜（λ =800nm） 90

2.9.6 双波长高精度扫描物镜（λ =1064和950nm） 91

2.9.7 高分辨率远心扫描物镜（λ =408nm） 91

2.10 扫描物镜制造、质量控制和*终检测 91

2.11 全息激光扫描系统 92

2.11.1 利用平面线性光栅扫描 92

2.11.2 扫描线弯曲和扫描线性度 93

2.11.3 扫描盘摆动的影响

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