VirtualLab Fusion：在一个微镜激光扫描系统中镜像差对光束质量的影响

概括案例

 

1.系统细节

 光源

- 绿色激光二极管

 元件

- 基于单扫描微镜的激光扫描系统，例如MEMS（微机电系统）

 探测器

- 光线可视化检查（3D显示）

- 场分布和相位计算

- 光束参数（M2值，发散角）

 建模/设计

- 光线追迹：首先概览系统性能

- 场追迹：

√ 光束传播包含表面像差

√ 分析生成光束的形状和质量

 

2.系统图片

 

3.模拟和设计结果

镜像差（由泽尼克多项式表示）：

 

 

4.总结
 

基于单扫描微镜的激光扫描系统（例如MEMS）中的镜像差进行建模和仿真。

1) 模拟

通过使用光线追迹方法验证激光扫描设置

2) 建模

使用泽尼克标准界面来模拟静态或动态形式的复杂镜面像差

3) 分析

为了计算场分布和评价光束形状和参数，应用经典场追迹引擎

 

复杂的系统，如基于单微镜的激光扫描仪可以通过使用VirtualLab Fusion来模拟。此外，几乎所有类型的表面变形都可以通过引入泽尼克像差到扫描镜来模拟。因此，可以根据扫描的位置评估光束形状和质量。

详细案例
 

系统参数

 

1. 此案例的背景和目的

 

 作为一个扫描镜必须包含两个扫描轴以及考虑一个更复杂的倾斜操作（倾斜的方向并不是独立的）。

 另外，将表面像差引入到扫描镜，可以是静态或动态类型。

 因为泽尼克多项式非常适合描述几乎所有类型的像差，它们可用于演示表面偏差。

 

2. 模拟镜像差：泽尼克界面

 

 为了模拟静态或动态镜像差，使用泽尼克界面。

 通过使用泽尼克多项式，可以适当地插入任意相位或表面偏差。

 多项式可以通过系数分类，例如使用Noll’s多阶组合。

 具体系数包含多项式的阶数和径向分解级次。

 例如，系数3 1 0意味着多项式3和级数n=1，级数m=0。

 这个定义也在VirtualLab fusion的泽尼克界面实现。

 

3. 模拟任务：LCS中的镜像差

为了研究镜像差，讨论一个基于固定转向镜和一个扫描微镜器件的激光扫描系统（例如MEMS）。

镜像差将假定为泽尼克多项式。

 

 

 例如，将演示彗差（7 3 1）和三叶形（9 3 3）形状的像差。

 

4. 规格：准直激光光束

高斯光束由激光元件的单模激光二极管发射出。

 

5. 规格：2D MEMS扫描微镜芯片

 

 

6. 激光扫描系统的光路图

 

 由于VirtualLab Fusion的相对定位系统，只需要确定在z方向的距离。

 理想像差都包含在扫描镜元件内。

 

7. 扫描操作中的镜面倾斜

 因为扫描微镜的倾斜与两轴有关，倾斜操作并不是独立的。

 为了计算理想扫描位置的倾斜角，必须考虑反射三维定律：

（k为归一化波矢量，n为镜表面法向量和归一化因子）

 这个向量关系可以使用VirtualLab Fusion的参数耦合功能解决。

 因此，需要的倾斜角是由理想扫描位置自动计算得到。

 

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