12、光学与激光扫描系统全解析

光学与激光扫描系统全解析

1. 激光扫描基础概念

在激光扫描领域，有许多关键的基础概念。
- 光斑相关 ：光斑的质心，例如 (r²)，用于计算分布的方差 σr² = (r²)。在积分时，由于面积元 dA = rdr dθ，分布以 r³ 加权。光斑指的是在垂直于光束轴的平面上看到的光束的二维辐照度分布或横截面。
- 光束特性 ：无像散光束在传播时保持圆形横截面，或者更正式地说，在自由空间中保持旋转对称的辐照度分布；相反的术语是像散光束，在某些传播距离 z 处横截面是椭圆形的。
- TDL 与 M² ：TDL（倍衍射极限数）是实际光束的发散角比具有相同束腰直径的衍射极限光束（称为归一化高斯光束）大的倍数，TDL = θ/θn = M²，也是实际光束的束腰直径比以相同数值孔径 (NA) 会聚的高斯光束（M² = 1）的束腰直径大的倍数。
- TEM 模式 ：TEMmn 用于表示由多项式阶数为 m、n 的厄米 - 高斯函数描述的矩形对称的横向模式；TEMpℓ 用于表示由多项式阶数为 p、ℓ 的拉盖尔 - 高斯函数描述的圆柱对称的横向模式。
- 阈值处理 ：这是一种用于减少 CCD 相机帧读出噪声的方法。先测量帧中非照明部分（如角落）的噪声水平，计算出标准差 σ，然后在处理信号之前从整个帧中减去一个均匀的噪声底限水平（通常幅度为 3σ）。
- 可变孔径直径 ：D86.5（或 Dxx）是通过光束总功率的 86.5%（或 XX%）的中心圆形孔径的直径。