光學(xué)和激光掃描技術(shù)手冊（原書第2版）

目 錄

譯者序

原書第2版前言

原書第1版前言

致謝

第1章 激光束特性: M2模型 1

1.1 概述 1

1.2 激光束特性（理論）發(fā)展史 1

1.3 本章內(nèi)容的組織結(jié)構(gòu) 2

1.4 混模激光束的 M2模型 3

1.4.1 基橫模:厄米特-高斯和拉蓋爾-高斯函數(shù) 3

1.4.2 混模:純模的非相干疊加 5

1.4.3 與光束直徑相關(guān)的基模特性 6

1.4.4 基模光束的傳播特性 8

1.4.5 混模激光束的傳播特性:嵌入式高斯分布和 M2模型 9

1.5 利用透鏡對基模和混合模進行光束變換 12

1.5.1 利用光束-透鏡轉(zhuǎn)換技術(shù)測量激光束發(fā)散角 14

1.5.2 光束-透鏡轉(zhuǎn)換的應(yīng)用:深聚焦的局限性 14

1.5.3 逆變換常數(shù) 15

1.6 基模和混模光束直徑的定義 15

1.6.1 由輻照度分布確定光束直徑 16

1.6.2 獲取實用光束分布圖的具體思考 18

1.6.2.1 市售掃描輪廓儀的工作原理 20

1.6.3 五種定義和測量光束直徑（常用）方法的比較 21

1.6.3.1 Dpin（針孔分布 1/e2限幅點的間隔） 21

1.6.3.2 Dslit（狹縫分布 1/e2限幅點的間隔） 21

1.6.3.3 Dke（刀口掃描限幅點15.9%和84.1%的兩倍間隔） 22

1.6.3.4 D86（通過總能量86.5%的同心圓孔直徑） 22

1.6.3.5 D4σ（針孔輻照度分布標(biāo)準(zhǔn)偏差的4倍） 22

1.6.3.6 D4σ（對輻照度分布信噪比的靈敏度） 23

1.6.3.7 ISO選擇 D4σ作為標(biāo)準(zhǔn)直徑的理由 24

1.6.3.8 直徑定義的總結(jié) 25

1.6.4 直徑定義之間的轉(zhuǎn)換 25

1.6.4.1 M2是唯一的嗎? 26

1.6.4.2 轉(zhuǎn)換規(guī)則的經(jīng)驗基礎(chǔ) 26

1.6.4.3 不同定義直徑間的轉(zhuǎn)換規(guī)則 28

1.7 測量光束質(zhì)量M2的具體問題:四切法 29

1.7.1 四切法的邏輯性 29

1.7.1.1 利用附加透鏡形成可測束腰 31

1.7.1.2 束腰位置精度 32

1.7.2 數(shù)據(jù)的圖形分析 32

1.7.3 對數(shù)據(jù)進行曲線擬合分析的相關(guān)討論 34

1.7.4 市售測量儀器和軟件包 35

1.8 光束不對稱性類型 36

1.8.1 光束不對稱性的常見類型 36

1.8.2 等效柱形光束的概念 38

1.8.3 其他光束的不對稱性:扭曲光束，復(fù)雜像散 40

1.9 M2模型在激光掃描器中的應(yīng)用 41

1.9.1 立體光刻掃描器 41

1.9.2 轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的刀口法體系 43

1.9.3 為何使用多模激光束? 43

1.9.4 如何解讀激光束測試報告? 44

1.9.5 利用等效透鏡代替聚焦擴束鏡 44

1.9.6 景深和掃描面位置處光斑尺寸的變化 45

1.9.7 限制掃描面上激光光斑圓度的技術(shù)要求 46

1.9.7.1 案例A:10%束腰不對稱性 46

1.9.7.2 案例B:10%發(fā)散度不對稱性 46

1.9.7.3 案例C:像散造成掃描面上有12%的不圓度 47

1.10 總結(jié): M2模型綜述 48

致謝 49

專業(yè)術(shù)語 49

參考文獻(xiàn) 54

第2章 激光掃描光學(xué)系統(tǒng) 56

2.1 概述 56

2.2 激光掃描器結(jié)構(gòu) 56

2.2.1 物鏡掃描 56

2.2.2 物鏡后置掃描 56

2.2.3 物鏡前置掃描 57

2.3 光學(xué)設(shè)計和優(yōu)化:概述 57

2.4 光學(xué)不變量 59

2.4.1 衍射受限 60

2.4.2 實際高斯光束 60

2.4.3 切趾率 61

2.5 性能問題 62

2.5.1 圖像輻照度 62

2.5.2 像質(zhì) 63

2.5.3 分辨率和像素數(shù) 64

2.5.4 焦深 64

2.5.5 F-θ條件 65

2.6 初級像差和三級像差 66

2.6.1 初級色差校正 68

2.6.2 三級像差性質(zhì) 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 畸變 70

2.6.3 三級像差經(jīng)驗法則 70

2.6.4 匹茲伐（Pitzval）半徑的重要性 71

2.7 具體設(shè)計要求 71

2.7.1 檢流計式掃描器 72

2.7.2 多面體反射鏡掃描 72

2.7.2.1 掃描線彎曲 72

2.7.2.2 光束位移 72

2.7.2.3 交叉掃描誤差 73

2.7.2.4 小結(jié) 75

2.7.3 多面體反射鏡掃描效率 75

2.7.4 內(nèi)轉(zhuǎn)鼓式系統(tǒng) 77

2.7.5 全息掃描系統(tǒng) 77

2.8 物鏡設(shè)計模式 77

2.8.1 簡單掃描物鏡的設(shè)計剖析 79

2.8.2 采用傾斜面的多結(jié)構(gòu)布局 84

2.8.3 多結(jié)構(gòu)布局反射多面體模式 84

2.8.4 單通道多面體反射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計實例 85

2.8.4.1 CODE V程序中多結(jié)構(gòu)布局物鏡參數(shù)填寫格式 86

2.8.4.2 物鏡設(shè)計過程 87

2.8.5 雙軸掃描 88

2.9 激光掃描物鏡設(shè)計實例 88

2.9.1 300DPI辦公打印機物鏡（λ =633nm） 89

2.9.2 廣角掃描物鏡（λ =633nm） 89

2.9.3 中等視場角掃描物鏡（λ =633nm） 89

2.9.4 長掃描線中等視場掃描物鏡（λ =633nm） 89

2.9.5 適用于發(fā)光二極管的掃描物鏡（λ =800nm） 90

2.9.6 雙波長高精度掃描物鏡（λ =1064和950nm） 91

2.9.7 高分辨率遠(yuǎn)心掃描物鏡（λ =408nm） 91

2.10 掃描物鏡制造、質(zhì)量控制和最終檢測 91

2.11 全息激光掃描系統(tǒng) 92

2.11.1 利用平面線性光柵掃描 92

2.11.2 掃描線彎曲和掃描線性度 93

2.11.3 掃描盤擺動的影響
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