激光光斑輪廓儀是對(duì)激光光斑的光強(qiáng)分布、光斑直徑、橢圓度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備。M2測(cè)試儀是在光斑輪廓儀的基礎(chǔ)上增加光學(xué)導(dǎo)軌和聚焦透鏡，通過測(cè)試激光傳輸方向上不同位置的激光光斑直徑，進(jìn)而計(jì)算得出光束發(fā)散角和M2因子等激光參數(shù)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光的輸出功率越來(lái)越高，激光器種類越來(lái)越多，在很多場(chǎng)景中，對(duì)激光光束質(zhì)量的準(zhǔn)確測(cè)試面臨著各種挑戰(zhàn)，比如激光焦點(diǎn)的測(cè)試，中遠(yuǎn)紅外激光的光束質(zhì)量測(cè)試、千瓦級(jí)激光的光束質(zhì)量測(cè)試等。美國(guó)Dataray公司成立于1988年，30多年來(lái)一直專注于激光光束質(zhì)量測(cè)試儀的研發(fā)，不斷推陳出新，應(yīng)對(duì)各種場(chǎng)景中對(duì)激光光束質(zhì)量測(cè)試的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)幾種典型的激光光束質(zhì)量測(cè)試場(chǎng)景，分析其測(cè)試難點(diǎn)，給出適合的光束質(zhì)量測(cè)試儀。激光焦點(diǎn)的光斑直徑和光強(qiáng)分布的測(cè)試在很多激光激光加工設(shè)備中，加工樣品處于激光焦平面上，比如激光打標(biāo)、激光3D打印、激光精密切割機(jī)等。激光在焦點(diǎn)處的實(shí)際光斑直徑、光強(qiáng)分布、橢圓度以及焦點(diǎn)位置等參數(shù)會(huì)在很大程度上影響加工質(zhì)量。因此對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試就變得非常重要。在該場(chǎng)景的測(cè)試面臨三個(gè)難點(diǎn)：1、高功率激光的衰減；2、光斑直徑很小，焦點(diǎn)位置的光斑直徑可能到10um左右，對(duì)光束質(zhì)量分析儀的精度提出了很高的要求；3、一般要求現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，不像在實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)平臺(tái)上測(cè)試那么方便，為了尋找焦點(diǎn)位置，需要一定的輔助設(shè)備。針對(duì)高功率激光的焦點(diǎn)測(cè)試需求，Dataray公司提供高功率衰減器PPBS-UV-FS，覆蓋190-2200nm，可以承受最高50W激光，采樣率最小達(dá)0.02%。
針對(duì)激光焦點(diǎn)的光斑測(cè)試需求，Dataray公司可以提供兩類光斑測(cè)試儀，一類是基于SCMOS相機(jī)的光斑測(cè)試儀，一類是基于狹縫掃描的光斑輪廓儀。Dataray公司基于相機(jī)的光斑輪廓儀的主要參數(shù)
采用SCMOS相機(jī)的光斑輪廓儀最小可測(cè)試光斑取決于相機(jī)像素點(diǎn)點(diǎn)的大小，一般要求最小測(cè)試光斑直徑大于等于10個(gè)像素點(diǎn)大小。因此BladeCam2-XHR是一個(gè)比較好的選擇，最小測(cè)試光斑可到32um。以下是我們用BladeCam2-XHR光斑輪廓儀在客戶處測(cè)試的針對(duì)通快公司的高功率綠光飛秒激光器的焦點(diǎn)測(cè)試結(jié)果。測(cè)得的激光焦點(diǎn)位置的光斑直徑約50um。
相比基于相機(jī)的光斑輪廓儀，基于狹縫掃描的光斑輪廓儀，測(cè)試精度更高，最高精度可達(dá)0.1um，可以測(cè)試幾個(gè)um的焦點(diǎn)光斑。以下是Dataray公司的基于狹縫掃描的光斑輪廓儀Beam R2的實(shí)物照片和主要參數(shù)。 
BeamR2的主要參數(shù)
以下是采用Beam R2測(cè)得的激光焦點(diǎn)光斑結(jié)果。
無(wú)論是基于相機(jī)的BladeCam2-XHR還是基于狹縫掃描的Beam R2，在測(cè)試脈沖激光器時(shí)，最小測(cè)試光斑都受到激光重頻的影響，對(duì)于Beam R2，要求 Φ μm ≥ [500/(PRR in kHz)]。對(duì)于不滿足該要求的脈沖激光（主要是低重頻激光），建議選用基于相機(jī)的光斑輪廓儀WinCamD-LCM，該型號(hào)光斑輪廓儀對(duì)激光的重頻沒有要求。近幾年，在終端需求的推動(dòng)下，光纖激光器的輸出功率不斷提高，尤其是連續(xù)光纖激光器目前已達(dá)數(shù)萬(wàn)瓦，對(duì)于高功率光纖激光器的M2因子和發(fā)散角的快速準(zhǔn)確測(cè)量需求越來(lái)越多。該測(cè)試的難點(diǎn)是對(duì)高功率激光的衰減。一般針對(duì)1um波長(zhǎng)的激光，基于相機(jī)的光斑輪廓儀只需要mW量級(jí)的激光，在激光進(jìn)入光斑輪廓儀之前需要對(duì)高達(dá)幾千瓦甚至數(shù)瓦的激光進(jìn)行衰減，衰減過程中一方面需要有效避免衰減器件對(duì)激光光束質(zhì)量的影響，一方面需要對(duì)無(wú)用激光的安全接收，通常都需要對(duì)接收器進(jìn)行水冷。為了避免多次反射對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的干擾，一般采用棱鏡組合實(shí)現(xiàn)高功率激光的衰減。以下光路圖是典型的高功率激光M2測(cè)試方案。
Dataray公司將光斑輪廓儀和聚焦透鏡、電動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合在一起，就可以實(shí)現(xiàn)激光M2因子和發(fā)散角的測(cè)試。
針對(duì)大尺寸的光斑測(cè)試，Dataray公司開發(fā)出了孔徑達(dá)25mm×25mm的光斑輪廓儀TaperCamD-LCM，可以應(yīng)對(duì)大部分場(chǎng)景的測(cè)試要求。另外針對(duì)很長(zhǎng)的線光斑測(cè)試，Dataray公司開發(fā)出了可以測(cè)試長(zhǎng)達(dá)200m的線光斑的測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括功能齊全的、以用戶為中心的軟件。該軟件自動(dòng)移動(dòng)DATARY的旗艦WinCamD LCM光束輪廓相機(jī)，使用50或200 mm的線性工作臺(tái)在激光輸出線上移動(dòng)，以捕獲和分析整個(gè)光束。DataRay軟件補(bǔ)償任何殘余傳感器傾斜，以確保最精確的測(cè)量。
Dataray的線激光測(cè)試系統(tǒng)提供了線激光強(qiáng)度分布的完整圖像以及垂直質(zhì)心圖、線寬圖、強(qiáng)度圖和其他一些有用的度量。該軟件使用戶能夠生成帶注釋的PDF報(bào)告以及導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)。最常用的CCD或者SCMOS相機(jī)光斑輪廓儀大都基于硅材料，響應(yīng)的光譜范圍為350—1150nm?？梢酝ㄟ^在探測(cè)器表面鍍磷光粉，將探測(cè)波段延長(zhǎng)至1480 to1605 nm，或者鍍紫外熒光粉，將探測(cè)波段拓展到190-1150nm。基于狹縫掃描的光斑輪廓儀使用單點(diǎn)探測(cè)器，通過采用Si+ InGaAs (extended)，可以直接覆蓋190-2500nn的波段范圍。另外，Dataray公司開發(fā)出基于量子點(diǎn)技術(shù)的相機(jī)光斑輪廓儀WinCamD-QD可以覆蓋350-2000nm的測(cè)試范圍，為近紅外的激光光斑測(cè)試提高了新的選擇。Dataray公司還針對(duì)中遠(yuǎn)紅外激光的光斑測(cè)試開發(fā)出了WinCamD-IR-BB，WinCamD-IR-BB參數(shù)
激光光束質(zhì)量的測(cè)試涉及到多種因素，上述論述只能涉及部分應(yīng)用場(chǎng)景和部分因素的分析，如果您有相關(guān)測(cè)試需求，北京?？扑间J光電儀器有限公司專業(yè)的銷售工程師和技術(shù)工程師愿意和您充分溝通，為您提供最合適的測(cè)試產(chǎn)品。北京?？扑间J光電儀器有限公司作為美國(guó)Dataray公司在中國(guó)的代理商，負(fù)責(zé)其全線產(chǎn)品在中國(guó)的銷售和售后服務(wù)。歡迎廣大用戶來(lái)電咨詢。北京?？扑间J作為一家專業(yè)的激光/光電產(chǎn)品代理公司，代理產(chǎn)品包括：各種激光器（半導(dǎo)體激光器，固體激光器，光纖激光器，氣體激光器等，連續(xù)，納秒，亞納秒，皮秒，飛秒，單頻，寬調(diào)諧激光器等），激光測(cè)試設(shè)備（激光功率計(jì)/能量計(jì)，光斑分析儀，M2儀，光譜儀，波長(zhǎng)計(jì)，紅外觀察儀，光電探測(cè)器，自相關(guān)儀，spider等），激光與光學(xué)元器件（激光鏡片，隔離器，光柵，濾波片，半導(dǎo)體激光電源，光纖器件），光譜儀器，光機(jī)械（光學(xué)隔震平臺(tái)，位移臺(tái)，調(diào)整架，光機(jī)組件等）。
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