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激光光斑大小怎么测量?

2022-01-11 02:03分类:医美美肤 阅读:

光束轮廓的测量方式

刀口法走使刀口扫描光束,同时用光电二极管测量始末的光功率。早先测出全盘的光束功率,然后渐渐用刀口切过光束,测出84%和16%光强对答的位置后就能算出光束宽度:两位置的间距的两倍等于1/e²直径,如下图所示。

测量和算法

手动走使刀口法比较繁杂,但遵从下图所示的斩波器安装可实现自动测量。吾们可用光电探测器测量激光,连接示波器直接测量上升时间。遵从从10%到90%强度的上升时间、斩波器速度和1.56倍抵偿因子就能算出1/e²光束直径。

D \approx 1.56(2\pi f t_r)R \\

刀口法固然安装和算法都比较浅易,但只能测量(圆形)高斯光束直径,而且不克测强度轮廓。

扫描狭缝光束分析仪有一个转筒,内置两对或众对正交狭缝。转筒绕光轴旋转,使扫描狭缝穿过光路,云云测量的功率信号就与转筒和狭缝位置相干,由此算出光束直径和强度轮廓。

扫描狭缝光束分析仪的内部陷阱

扫描狭缝光束分析仪的上风是能承受高功率,而且职业范畴粉饰UV到MIR波长,但平日推荐用于近似的高斯光束,由于它们在测量高阶模光束时可以粗略会丢失某些特性。为了测量真切的二维强度轮廓并揭示精细的三维轮廓,吾们要走使能不悦目测整个截面的相机式光束分析仪,也叫光束相机。

光束相机能测量肆意光束轮廓,不过由于高机灵传感芯片,可以粗略需求衰减才能防止饱和甚至侵害仪器,而且测量时要做背景光抵偿。为了计算强度轮廓,每个像素的电流遵从三维坐标体例处理,光束直径遵从ISO11146推荐的D4σ方式计算。

相机式光束分析仪的益处是他国行动部件,而且能测量任何光束轮廓,包括高阶横模,甚至能同时测量众束激光。不过,它们平日基于硅探测器,职业波长只有UV到NIR范畴,而且需求处理数据量更大。

Thorlabs新一代相机式光束分析仪(BP207系列)采用被动制冷的500万像素暗白CMOS芯片;具有双倍成像面积的1200万像素版本也在研发中。它安装了六位置滤光片转轮,挑供最高60 dB衰减。

BP207相机及其测量的拉盖尔高斯光束

固然始末中性密度滤光片衰减激光特殊浅易,但其承受功率特殊有限。衰减高功率激光的一栽高效方式是走使棱镜衰减器。Thorlabs ATT30系列棱镜衰减器挑供30 dB衰减,走使范畴从mW以下到200 W。这栽基于菲涅尔逆射的棱镜衰减器不影响光束的偏振或形状,而且可始末级联达到光束分析仪可探测的平安功率程度。

中性密度滤光片衰减棱镜衰减器

对于高重频脉冲激光测量,光束分析仪以准继续波模式职业,以是直接测量即可。但对于较矬重频,脉冲会作对狭缝式光束分析仪的旋转或相机分析仪的帧率,以是在测量时要设定众余高的平均才能得到滑润的轮廓。但在高平均设定下,光束相机可以粗略增加曝光强度,因此还要细致饱和及毁伤题目。

较矬重频脉冲光需求考虑平均确立M²因子测量

为了测量准直光束的M²因子,需求使光束聚焦并在焦点前后扫描。直接的方式是把光束分析仪装在位移台上沿光路行动,采集众个点上的X和Y直径,由此确定束腰并遵从实际与理想光束的参量积之比算出M²因子。

这栽安装既占空间,还要让光束分析仪行动,专有是对于狭缝式分析仪,这还可以粗略引入额表的测量噪声。因此,Thorlabs M²测量体例设计走使折叠光路:光束分析仪固定在设备的输出端口,聚焦透镜位于输入端口,走使两个转向镜使光束始末闭光的表壳。两个逆射镜都装在高雅位移台上,可以粗略移动光束的聚焦位置,逐点测量光束直径。

Thorlabs M²测量安装默示图

除了M²因子,上述体例还能测量发散角、束腰大小和位置、瑞利长度。上图为Thorlabs M²测量安装原理图,它可走使扫描狭缝或相机式光束分析仪,测量时入射光束必须准直并始末透镜聚焦。

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