復(fù)雜的系統(tǒng)，如基于單微鏡的激光掃描儀可以通過使用VirtualLab Fusion來模擬。此外，幾乎所有類型的表面變形都可以通過引入澤尼克像差到掃描鏡來模擬。因此，可以根據(jù)掃描的位置評估光束形狀和質(zhì)量。
詳細(xì)案例
系統(tǒng)參數(shù)
1. 此案例的背景和目的
作為一個(gè)掃描鏡必須包含兩個(gè)掃描軸以及考慮一個(gè)更復(fù)雜的傾斜操作（傾斜的方向并不是獨(dú)立的）。
另外，將表面像差引入到掃描鏡，可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)類型。
因?yàn)闈赡峥硕囗?xiàng)式非常適合描述幾乎所有類型的像差，它們可用于演示表面偏差。
2. 模擬鏡像差：澤尼克界面
為了模擬靜態(tài)或動(dòng)態(tài)鏡像差，使用澤尼克界面。
通過使用澤尼克多項(xiàng)式，可以適當(dāng)?shù)夭迦肴我庀辔换虮砻嫫睢?/div>
多項(xiàng)式可以通過系數(shù)分類，例如使用Noll’s多階組合。
具體系數(shù)包含多項(xiàng)式的階數(shù)和徑向分解級次。
例如，系數(shù)3 1 0意味著多項(xiàng)式3和級數(shù)n=1，級數(shù)m=0。
這個(gè)定義也在VirtualLab fusion的澤尼克界面實(shí)現(xiàn)。
3. 模擬任務(wù)：LCS中的鏡像差
為了研究鏡像差，討論一個(gè)基于固定轉(zhuǎn)向鏡和一個(gè)掃描微鏡器件的激光掃描系統(tǒng)（例如MEMS）。
鏡像差將假定為澤尼克多項(xiàng)式。
例如，將演示彗差（7 3 1）和三葉形（9 3 3）形狀的像差。
4. 規(guī)格：準(zhǔn)直激光光束
高斯光束由激光元件的單模激光二極管發(fā)射出。
5. 規(guī)格：2D MEMS掃描微鏡芯片
6. 激光掃描系統(tǒng)的光路圖
由于VirtualLab Fusion的相對定位系統(tǒng)，只需要確定在z方向的距離。
理想像差都包含在掃描鏡元件內(nèi)。
7. 掃描操作中的鏡面傾斜
因?yàn)閽呙栉㈢R的傾斜與兩軸有關(guān)，傾斜操作并不是獨(dú)立的。
為了計(jì)算理想掃描位置的傾斜角，必須考慮反射三維定律：
（k為歸一化波矢量，n為鏡表面法向量和歸一化因子）
這個(gè)向量關(guān)系可以使用VirtualLab Fusion的參數(shù)耦合功能解決。
因此，需要的傾斜角是由理想掃描位置自動(dòng)計(jì)算得到。
詳細(xì)案例
仿真和結(jié)果
1.結(jié)果：使用光線追跡分析
首先，應(yīng)用光線追跡（Ray Tracing）研究光在光學(xué)系統(tǒng)的傳輸。
使用內(nèi)置的光線追跡系統(tǒng)分析器（Ray Tracing System Analyzer）來進(jìn)行分析。
所用文件: LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_01_RT.lpd
2. 模擬鏡像差：彗差
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_02_Coma.lpd
3. 結(jié)果：彗差整形鏡像差
研究中心掃描位置（電場幅度）的光斑形狀和質(zhì)量
無像差（M²1.00×1.00）的初始位置形狀
在波長（PV）中，各類像差的大小
由于不對稱像差，點(diǎn)像主要是在一個(gè)方向失真。
計(jì)算不同掃描位置的光斑形狀和5λ峰谷的彗差類型。
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_02_Coma.lpd
4. 模擬鏡面像差：三葉形
第二個(gè)例子：多項(xiàng)式展示出系數(shù)9 3 3描述了三葉形狀的像差。
再次，選擇這樣的參數(shù)，對應(yīng)于一個(gè)波長（峰谷）的變化。
使用z尺寸參數(shù)再次變化像差的大小。
所用文件: LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_04_Trefoil.lpd
5. 結(jié)果：三葉型整形鏡面像差
模擬中心掃描位置（電場振幅）的光斑形狀和質(zhì)量。
無像差（M²1.00×1.00）的初始點(diǎn)形狀：
由于像差的對稱性，點(diǎn)失真是對稱的，在兩個(gè)方向M2值都增加。
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_05_Trefoil.run
計(jì)算不同掃描位置的點(diǎn)形狀和5λ峰谷的一個(gè)三葉型像差。
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_04_Trefoil.lpd
6.結(jié)果：像差掃描
在靜態(tài)像差的情況下，對所有偏轉(zhuǎn)角來說鏡面偏差是常數(shù)。
通過在理想掃描區(qū)域應(yīng)用一個(gè)參數(shù)運(yùn)行來生成掃描圖案。
如例所示，顯示一致的圖案掃描（5mm空間）。
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_07 & 08_Static.lpd
7. 模擬混合鏡像差
為了描述更加復(fù)雜的鏡像差，可以組合表面的不同形狀。
如果是澤尼克類型的像差，可以通過設(shè)置相應(yīng)的系數(shù)在界面中結(jié)合不同類型。
如果使用不同類型的界面更合適，那么組合的界面使兩個(gè)或更多類型的界面合并（如澤尼克類型）。
如果發(fā)生靜態(tài)和動(dòng)態(tài)像差，也可以使用合并的界面。
8.結(jié)果：合并后的鏡像差
利用合并后的界面來模擬兩個(gè)不同鏡面像差的組合。
在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)影響像差的情況下，一個(gè)界面設(shè)置為代表的靜態(tài)部分，另一個(gè)代表動(dòng)態(tài)效果。
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_06_Combined.lpd
9. 結(jié)果：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)鏡像差
現(xiàn)在使用合并后的界面來模擬靜態(tài)和動(dòng)態(tài)鏡面像差。
在這個(gè)例子中，根據(jù)掃描鏡的偏轉(zhuǎn)（通過使用參數(shù)耦合），第二個(gè)界面（澤尼克9 3 3）像差的大小是不同的。
所用文件：LSC.0003_LaserScanning_ Aberrations_09_Dynamic.run
10.總結(jié)
在基于單掃描微鏡的激光掃描系統(tǒng)中（例如MEMS），模擬和研究鏡面像差。
仿真
通過使用光線追跡，驗(yàn)證激光掃描系統(tǒng)
模擬
使用澤尼克標(biāo)準(zhǔn)界面來模擬復(fù)雜的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)類型的鏡面像差
分析
應(yīng)用經(jīng)典場追跡引擎來計(jì)算場分布和評價(jià)光束形狀和參數(shù)
復(fù)雜的設(shè)置，如基于單微鏡的激光掃描儀可以通過使用VirtualLab Fusion來模擬。此外，幾乎表面失真的所有類型都可以通過將澤尼克像差引入到掃描鏡來模擬。因此，可以通過掃描的位置研究光束形狀和質(zhì)量。
11. VirtualLab Fusion的其他特性
在本例中，您受益于以下選擇的特點(diǎn)：
參數(shù)運(yùn)行
- 生成包含所有光學(xué)效果的掃描模式
- 不同參數(shù)的簡單變化，例如模擬靜態(tài)和動(dòng)態(tài)像差
參數(shù)耦合
- 在屏幕上的理想位置，自動(dòng)調(diào)整掃描鏡的旋轉(zhuǎn)方向。
進(jìn)一步閱讀
1.進(jìn)一步閱讀
獲得基本視頻
- 光路圖的介紹
- 參數(shù)運(yùn)行的介紹
關(guān)于這個(gè)案例的文檔
- LSC.0001:Performance Analysis of Laser Scanning System Using an Aspherical Lens
- LSC.0002:Performance Analysis of Laser Scanning System Using an F-Theta Objective
2. 進(jìn)一步閱讀：參考文獻(xiàn)
[1]MaradinLtd. website: www.maradin.co.il
[2]www.wikipedia.org/wiki/Microscanner
