解读激光场镜的原理和应用

我们知道场镜全称是平场聚焦镜，也称之为f-theta镜。之所以叫平场聚焦镜，是因为激光通过它之后会在一定的激光打标幅面内形成一个大小均匀的、焦深一致的聚焦光点。

为什么激光以不同的角度通过场镜都能保证焦点在一定内平面内呢？而不出现上下变化呢？这就要从场镜的内部结构谈起了。

场镜

如图：场镜内部并不是一片镜片，它是有多片曲率镜片组合而成的。当激光以不同的角度入射场镜时，通过内部镜片消像差。最终出射的激光是在一个平面上。

场镜的主要作用是：

（1）提高边缘光束入射到探测器的能力；

（2）在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积。如果使用同样的探测器的面积，可扩大视场，增加入射的通量；

（3）可让出像面位置放置调制盘，以解决无处放置调制器的问题；

（4）使探测器光敏面上的非均匀光照得以均匀化；

（5）当使用平像场镜时，可获得平场像面；

（6）在像差校正方面，可以补偿系统的场曲和畸变。

场镜可用来补偿系统的场曲和畸变。例如若在像面处加负场镜产生的正场曲和正畸变可以补偿整个系统的负场曲和畸变，而不影响其它像差。

场镜的作用

工作在物镜焦平面附近，可以有效减小探测器尺寸的透镜，准确来说，场镜应该工作在物镜的像平面。一方面： 场镜的物平面和主平面重合，由主平面的特性可知其放大率为1，因此对系统的放大率无贡献；另一方面，场镜应该将物镜的光阑面投影在目镜的入瞳上，对于单透镜而言，光阑面也就是出瞳，这样可以保证物镜的出射光能够最大限度的通过目镜。如果用在扫描系统中，则探测器替代了目镜的入瞳。

激光扫描

场镜的主要技术参数有：工作波长、入射光瞳、扫描范围 和聚焦光斑直径。 工作波长：主要看激光器的波长，场镜的镜片是在给定的激光波长镀膜。如果不在给定的波长范围内使用场镜，场镜可能会被激光烧坏或所需要的激光透过率很低。 入射光瞳：也叫最大入射光斑。如使用的是单片镜，反射镜置于入射光瞳的地方，最大可用光束的直径等于入射光瞳的直径。入射光瞳越大，通过聚焦镜聚焦出来的聚焦光斑直径越小，所以在要求打标特别精细的场合，我们会考虑使用入射光瞳大一些的场镜，如精细打标和振镜式焊接。 扫描范围：场镜能扫描到的范围越大，当然越受使用者的欢迎。但是如果增加扫描范围，聚焦光点变大，失真度也要加大。另外加大扫描范围，场镜焦距和工作距也要加大。工作距离的加长，必然导致激光能量的损耗。还有聚焦后的光斑直径跟焦距成正比，这意味着加大扫描范围，聚焦光斑直径跟着加大，光斑聚得不够细，激光的功率密度下降非常快（功率密度跟光斑直径的2次方成反比），不利于加工。所以使用者要根据不同的加工面积选用最适合的场镜，或者备用几个不同扫描范围的场镜。 焦距：跟工作距离有一定关系，但是不等于工作距离。 聚焦光斑直径：对于入射激光束直径D、场镜焦距F和光束质量因子Q的扫描系统，聚焦光斑直径d = 13.5QF/D (mm)。所以用扩束镜可以得到更小的聚焦光斑。