激光扫描振镜技术的探索

一套基本的x-y扫描装置看起来很简单：两块反射镜，由电机驱动，可将入射激光束反射到特定区域（工作区域）的任何点。一组平场（f- ）透镜确保焦点在工作区域平面内，对基本的Nd:YAG激光器来说，典型的工作范围为40×40平方毫米（ff- =100 毫米）至180×180 平方毫米（ff- =254 毫米；对于高级谐波激光器和二极管激光器，其工作范围为40×40 平方毫米（ff- =100 毫米）至120×120平方毫米（ff- =163 毫米)，具体取决于平场透镜的焦距。显然，所需工作范围越大，工作距离越长。如果在扫描振镜前端的激光光路中，使用聚焦透镜和可移动透镜的组合来代替平场透镜，工作范围和工作距离还会进一步增加。该装置可使工作范围达到1200×1200平方毫米，工作距离达到1500毫米。

在多种应用场合中，要求较高的定位速度。比如，当f- 透镜焦距长度达163mm时，在120×120mm2的工作区域内扫描速度可达10 m/s。简单的几何计算表明，振镜镜面较小的角度偏差可能导致激光光斑在工作平面上出现较大的错位。因此，不管对振镜驱动、镜面，还是反射镜安装架来说，高级别的定位精度是必须的。同时，振镜电机和驱动器电子器件会发热，产生热漂移，导致上述定位偏差的发生。热增益漂移特征数值<30 rad/K，增益漂移特征数值<50 ppm/K（每轴）。因此，如果要求高精度和长期稳定性，一种解决方案是选配带水冷功能的扫描振镜。其中最具代表性的例如为Superscan-II-LD，长期稳定性可达到24小时<200 rad（未带主动冷却功能时为<300 rad）。此外，专门的集成自动校准功能的系统类型可将增益漂移降低至20 rad/K，位置漂移降低至5 ppm/K，8小时长期稳定性< 20 rad。