光學(xué)掃描

1、光學(xué)掃描光學(xué)掃描:快速掃描應(yīng)用驅(qū)動(dòng)反射鏡設(shè)計(jì)快速掃描應(yīng)用驅(qū)動(dòng)反射鏡設(shè)計(jì)成功的掃描需要將反射鏡鏡座和電機(jī)集成于”MCubed”系統(tǒng)中這一過(guò)程需要權(quán)衡考慮材料機(jī)械裝夾和各種掃描參數(shù)來(lái)獲得最佳工作性能.在掃描應(yīng)用中使用的反射鏡必須滿足動(dòng)態(tài)平面度的需要同時(shí)具備低慣性和滿足充分散熱的要求這項(xiàng)工作很棘手.快速移動(dòng)意味著高帶寬這也需要整個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)具有抗擾性.為了滿足這些需求最理想的掃描需要反射鏡鏡座和電機(jī)集成在”MCubed”系統(tǒng)中.而成功的集成涉及

2、到反射鏡基底材料電機(jī)和電機(jī)連接裝置最小慣性結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計(jì)和激光損傷閾值必須仔細(xì)考慮權(quán)衡這些因素獲得最佳的效果.反射鏡表面和基底一般來(lái)說(shuō)反射鏡用于掃描來(lái)自或者出射到相關(guān)場(chǎng)景中(或兩者)的光束.光束移動(dòng)而不是場(chǎng)景本身移動(dòng)是由于光子比較輕因此移動(dòng)快得多.然而反射鏡或者反射鏡組相對(duì)于光子來(lái)說(shuō)有大得多的質(zhì)量并且他它們的質(zhì)量和適用與一組給定的反射鏡設(shè)計(jì)規(guī)則的口徑體積成比例.因此設(shè)計(jì)必須想方設(shè)法減小反射鏡的口徑.反射鏡鏡表面的各種傳統(tǒng)參數(shù)平面度反射率表

3、面質(zhì)量耐久性和散射(按照參數(shù)的重要性排列)都具有密切關(guān)系.然而如今越來(lái)越受到關(guān)注的是高能量本身和表面承受的高能量密度這兩者的權(quán)衡考慮.圖1.商業(yè)使用的反射鏡基底材料按照動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度大小分級(jí)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度對(duì)于提高且總的熱比大概為21015JK.由于缺少足夠的導(dǎo)熱性將熱量轉(zhuǎn)移到基底上膜層可能會(huì)被蒸發(fā)掉.除了吸收掉反射膜層的熱量基底還必須有足夠的熱膨脹系數(shù)防止膜層在基底上”起泡”.硅和金剛砂具有高熱傳導(dǎo)性但是它們的熱膨脹系數(shù)還是在玻璃材料的范圍內(nèi).

4、在真空鍍膜過(guò)程中基底通過(guò)輝光放電被加熱到200C清潔其表面.當(dāng)冷卻到室溫時(shí)如果基底的熱膨脹系數(shù)如果比膜層的稍微高一些的話膜層就會(huì)被壓縮.適當(dāng)?shù)膲嚎s效應(yīng)是需要的因?yàn)楫?dāng)反射鏡在使用過(guò)程中變熱時(shí)壓力都得到釋放了并且大部分的膜層材料都為金屬金屬氧化物這些材料的抗張強(qiáng)度與它們的抗壓強(qiáng)度相比要小.換句話說(shuō)一次嚴(yán)重的匹配不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致反射鏡拿出鍍膜腔室時(shí)使鏡面上復(fù)雜的膜層破裂.從以上觀點(diǎn)來(lái)看稱之為AlBeMet的鋁鈹合金是最接近理想材料的金屬由于符合鋁和

5、硅的系數(shù)成為最廣泛使用的鍍膜反射基底材料.鎳鎘覆膜鈹也是一種很好的材料因?yàn)殒囨k將鈹和反射膜層的差異分離了出去.鎳鎘的優(yōu)點(diǎn)也體現(xiàn)在它容易拋光在低于532nm的短波范圍內(nèi)具有很小的散射度.基底的熱傳導(dǎo)性對(duì)于解決現(xiàn)在的Q開(kāi)關(guān)連續(xù)波超高速鈦寶石和光纖激光造成的激光損傷問(wèn)題起著關(guān)鍵作用.在能量光譜的高端范圍內(nèi)可以很確信地說(shuō)目前不存在能經(jīng)受住這些激光光束的光學(xué)元件.自然冷卻的最優(yōu)化設(shè)計(jì)反射鏡應(yīng)該能承受能量密度為500Wcm2連續(xù)激光的持續(xù)輻照.通過(guò)

6、大約5種因素強(qiáng)制對(duì)流冷卻增加了能量控制程度依賴?yán)鋮s裝置的幾何形狀和安裝角度伺服系統(tǒng)將能忍受增加的機(jī)械噪音.為500Wcm2功率系數(shù)密度設(shè)計(jì)的反射鏡在Q開(kāi)關(guān)和其它長(zhǎng)脈沖激光下能順利工作只要激光的平均功率低于500Wcm2輻照度低于1這里的1指以Wcm2為單位的峰值功率系數(shù)和很短時(shí)間內(nèi)的交感相乘得到的積.在超高速皮秒到飛秒激光下情況可能不一樣.直到有可靠的數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前當(dāng)脈沖長(zhǎng)度低于1012時(shí)最好將作用于反射鏡上的激光峰值強(qiáng)度控制在1010W

7、cm2以下.基底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶有內(nèi)切角的簡(jiǎn)單平面平行板層為最廉價(jià)的基底結(jié)構(gòu)同時(shí)也是慣性最大的設(shè)計(jì).最佳反射鏡剖面的精確形狀隨著應(yīng)用的不同而不同但是總體來(lái)說(shuō)是一種中心平坦尖端細(xì)翼的錐體.反射鏡的慣性能通過(guò)在翼面上打孔或者排列孔徑來(lái)進(jìn)一步減少.反射鏡的外周形狀可以為外切多邊形或者橢圓.但它必須足夠堅(jiān)硬這樣膜層施加在鏡面上的壓力不會(huì)將其扭曲而不管系統(tǒng)帶寬的需求為多大.如果膜層使反射鏡扭曲就會(huì)通過(guò)熱透鏡效應(yīng)隨著溫度的變化改變其曲率導(dǎo)致光束的會(huì)聚角和