光束質(zhì)量分析儀這款光學(xué)儀器您用過嗎?今天跟大家介紹一下光束質(zhì)量分析儀。 光束質(zhì)量分析儀是測量激光光束的強度截面的裝置。光束質(zhì)量分析儀(光束分析儀,模式分析儀)是一種診斷裝置,可以測量激光光束的整個光強截面,即不僅能測量光束半徑還可以測量得到細(xì)節(jié)形狀。 光束質(zhì)量分析儀可以用于以下方面:定性給出光束截面...
" />光束質(zhì)量分析儀這款光學(xué)儀器您用過嗎?今天跟大家介紹一下光束質(zhì)量分析儀。
光束質(zhì)量分析儀是測量激光光束的強度截面的裝置。光束質(zhì)量分析儀(光束分析儀,模式分析儀)是一種診斷裝置,可以測量激光光束的整個光強截面,即不僅能測量光束半徑還可以測量得到細(xì)節(jié)形狀。
光束質(zhì)量分析儀可以用于以下方面:定性給出光束截面可以用于激光的對準(zhǔn),而測量光軸不同位置處的光束半徑可以計算 M2因子或者光束參量乘積,定性表征光束質(zhì)量。
圖1:高斯光束(左圖)和多模激光光束(右圖)的強度截面。后者強度變化更加復(fù)雜。這種多模光束可由諧振腔基模遠(yuǎn)小于增益介質(zhì)中泵浦區(qū)域的激光器產(chǎn)生。
采用合適的激光光束診斷方法控制光束質(zhì)量在很多激光器應(yīng)用中都很重要,例如,材料加工;例如,如果可以控制光束質(zhì)量,就可以得到更加一致的鉆孔質(zhì)量。
相機式光束質(zhì)量分析儀
很多光束質(zhì)量分析儀采用一些數(shù)碼相機。在可見光和近紅外光譜區(qū)域,CMOS和CCD是最常見的。CMOS裝置更加便宜,但是CCD具有更好的線性和更低的噪聲。CCD和CMOS相機都能得到5μm量級(由像素大小得到的)的分辨率,因此光束半徑可以小到50 μm甚至更小。有源區(qū)面積的尺寸為幾個毫米,因此可以處理非常大的光束。
不同的波長區(qū)域需要采用不同的傳感器類型。硅基傳感器非常適用于可見光和近紅外光譜區(qū)域,波導(dǎo)可以達(dá)到1或1.1 μm,而InGaAs探測器可以用于波長達(dá)到約1.7 μm。
對于更長的波長,例如表征CO2激光器的光束性能,采用熱電的或者微測輻射熱計相機就可以。這些相機相對比較昂貴。鑒于該激光器的輸出功率很高,因此其相對較低的響應(yīng)度也不算是一個缺點。對于紫外線激光器,CCD和CMOS陣列可以與UV轉(zhuǎn)換板結(jié)合使用,將輻射光轉(zhuǎn)化成更長的波長區(qū)域,而不會損傷相機陣列。
相機式傳感器的空間分辨率是一個非常重要的量。對于硅傳感器,像素大小可以低至10 μm,因此可以測量50 μm量級的光束直徑。InGaAs探測器具有更大的像素大小,寬度為30 μm,然而熱電相機陣列不能達(dá)到小于100 μm。很低的空間分辨率的結(jié)果就是光束尺寸需要比較大,因此瑞利長度較大。因此,若測量M2,需要更大的空間。像素個數(shù)在實際中也很重要,數(shù)目大表示可以測量更大范圍內(nèi)的光束直徑。
當(dāng)用于窄線寬激光器時,相機式系統(tǒng)對時間相干引起的偽影非常敏感。為了抑制這些偽影并消除器對測量數(shù)據(jù)的影響,需要非常仔細(xì)的光學(xué)設(shè)計(無窗口,會引起寄生反射)。
很多相機都對光非常敏感,通常比需要的還要敏感。因此光在進入相機前需要先經(jīng)過衰減。有時也需要采用一些成像光學(xué)(例如,光束放大器用來擴大光束半徑的范圍),這樣相機記錄的光束截面就等同于其它位置(相平面)的光束截面。這可以很好的屏蔽雜散光。但是,采用的光學(xué)裝置不應(yīng)該引入附加畸變效應(yīng)。
記錄的光束截面可以顯示在計算機屏幕上,同時還包括測量的參數(shù),例如光束半徑,光束位置,橢圓度和統(tǒng)計信息,或者高斯擬合。軟件可以選擇不同方法確定光束半徑,例如D4σ方法或者簡單的1/e2標(biāo)準(zhǔn)。
采用狹縫、刀口或針孔的掃描光束質(zhì)量分析儀
有的光束分析儀可以采用一個或者多個針孔、狹縫或者刀口來掃描光束截面。任一情況下,一些機械部分(固定在旋轉(zhuǎn)部分上)快速通過光束,而透射功率由一個光電探測器或一些電子裝置記錄。采用計算機(PC或者內(nèi)置微處理器)根據(jù)測量數(shù)據(jù)得出光束截面,然后顯示在屏幕上。例如,透射功率與刀口位置的關(guān)系被分離開來得到光束的一維強度截面,然后移動的狹縫可以直接得到強度截面。
掃描系統(tǒng)的空間分辨率可以高達(dá)幾微米,甚至接近于1微米(尤其是掃描針孔或狹縫),適用于表征小直徑光束。掃描的一個重要優(yōu)點是光電探測器不需要具有很高的空間分辨率,因此適用于不同波長區(qū)域的探測器都能使用。另外,與相機式相比,這種方法也可以得到更大的動態(tài)范圍??梢猿袚?dān)的功率從mW到W量級。也很容易在進入探測器間進行光束衰減,因為它需要的光束質(zhì)量比相機式系統(tǒng)低很多。
掃描光束質(zhì)量分析儀特別適用于光束截面接近于高斯型光束的情況,尤其是采用狹縫或者刀口掃描的系統(tǒng),因為,記錄的信號通常在一個空間方向,因此重塑復(fù)雜的光束形狀通常得到的結(jié)果不是很理想。
有些掃描光束質(zhì)量分析儀可以用于脈沖激光光束,例如來自于調(diào)Q激光器的光束。但是,它只適用于足夠高的脈沖重復(fù)速率的情形;需要注意的是,最小的重復(fù)速率與光束直徑有關(guān)。
奧萊光電Beamfiler光斑分析儀可實現(xiàn)激光光斑檢測及測試應(yīng)用。為客戶提供定制光束質(zhì)量分析一體化設(shè)計解決方案,并支持多應(yīng)用開發(fā)。通過光束分析裝置一體化設(shè)計,配套衰減方案設(shè)計,最小可測量直徑40μm光斑,支持實時曝光及增益調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可以對連續(xù)可見激光光斑進行采樣,分析得到激光光斑中心,半徑,橢圓比等,并對光強能量場進行二維和三維顯示??蓮V泛用于需要對激光光斑形狀進行檢測得場合,如激光生產(chǎn),維護以及激光應(yīng)用。也常用于光學(xué)器件質(zhì)量檢查,激光腔鏡調(diào)整,外光路準(zhǔn)直,光纖對準(zhǔn)耦合分析等。
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