激光扫描振镜技术探索

一个基础的x-y扫描系统的结构较为精简：它包含两面反射镜片，这些镜片通过马达带动，可以将入射的激光束导向设定区域（操作区域）的任意位置。一套平场透镜（f-透镜）用于确保焦点固定在操作区域的平面上。在使用普通的Nd:YAG激光器时，常见的扫描面积从40×40平方毫米（焦距=100毫米）到180×180平方毫米（焦距=254毫米）不等；对于高次谐波激光器和半导体激光器，其扫描面积则从40×40平方毫米（焦距=100毫米）到120×120平方毫米（焦距=163毫米）之间，具体数值取决于平场透镜的焦距大小。显然，所需扫描面积越广，工作距离也会相应增加。如果在扫描镜组前方替代平场透镜为聚焦透镜配合移动透镜，扫描面积和操作距离还能进一步扩展。这样的配置允许扫描范围最大达1200×1200平方毫米，工作距离提升至1500毫米。

在很多实际应用中，定位速度是一个关键要求。举例来说，在焦距为163毫米的情况下，于120×120平方毫米区域内，扫描速度可高达10米每秒。通过简单几何计算可知，反射镜片微小的角度误差可能导致激光焦点在操作平面上产生明显的偏移。因此，无论是对于扫描马达、反光镜，还是镜架装置，都需具备高精度的定位能力。同时，扫描马达和其驱动电路会因工作发热，引发热漂移，从而带来上述的定位误差。典型的热增益漂移参数低于30弧度每开尔文，增益漂移值则小于50 ppm每开尔文（针对每个轴）。所以，为了维持高精度和持久的稳定性，一种有效方法是选用配备水冷系统的扫描设备。例如，Superscan-II-LD型号就是这样的选择，其长期稳定性可达24小时内小于200弧度（而不带主动冷却时低于300弧度）。另外，集成自动校准功能的专业系统类型可以进一步降低增益漂移至20弧度每开尔文，位置漂移控制在5 ppm每开尔文，并在8小时内保持稳定性小于20弧度。