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激光器光束質(zhì)量分析檢測

閱讀：852 發(fā)布時(shí)間：2023-7-24

如今，激光器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、焊接和切割、增材制造、分析儀器、航空航天、軍事國防以及醫(yī)療等領(lǐng)域。激光的光束質(zhì)量無論對于激光器制造客戶還是激光器使用客戶都是重要的核心指標(biāo)之一。許多客戶依賴激光器的出廠報(bào)告，從而忽略了對于激光器光束質(zhì)量測試的重要性，往往在后面激光器使用過程中達(dá)不到理想的效果。

通過下方的對比圖可以看出，同樣的功率情況下（100W），如果焦點(diǎn)產(chǎn)生微小的漂移，對于材料加工處的功率密度足足變化了 72 倍！

所以，激光器僅僅測試功率或能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。對于激光光束質(zhì)量的定期檢測，如激光光斑尺寸大小、能量分布、發(fā)散角、激光光束的峰值中心、幾何中心、高斯擬合度、指向穩(wěn)定性等等，都是非常必要的。

我公司對于激光光束質(zhì)量的測試有著豐富且**的經(jīng)驗(yàn)，對于不同波長、不同功率、不同光斑大小的激光器都可以提供具有針對性的測試系統(tǒng)和方案。

相機(jī)式光束分析儀

相機(jī)式光束分析儀采用二維陣列光電傳感器，直接將輻照在傳感器上的光斑分布轉(zhuǎn)換成圖像，傳輸至電腦并進(jìn)行分析。相機(jī)式光斑分析儀是目前使用*多的光斑分析儀，可以測試連續(xù)激光、脈沖激光、單個(gè)脈沖激光，可實(shí)時(shí)監(jiān)控激光光斑的變化。

完整的光束分析系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：

（1）相機(jī)

針對用戶激光波長以及光斑大小不同的測量需求，SPIRICON 公司推出了如下幾類面陣相機(jī)：

● 硅基 CMOS 相機(jī)通常為 190nm ~ 1100nm；

● InGaAs 面陣相機(jī)通常為 900 ~ 1700nm；

● 熱釋電面陣相機(jī)則可覆蓋13 ~ 355nm 及 1.06 ~ 3000μm。

相機(jī)的芯片尺寸決定了能夠測量的光斑的*大尺寸，而像素尺寸則決定了能夠測量的*小光斑尺寸；通常需要 10 個(gè)像素體現(xiàn)一個(gè)光斑完整的信息。

相機(jī)型號	SP932U	LT665	SP504S
波長范圍	190-1100nm		340-1100nm
芯片尺寸	7.1×5.3mm	12.5×10mm	23×23mm
像.大.	3.45x3.45μm	4.54×4.54μm	4.5x4.5μm
分.率	2048x1536	2752×2192	5120×5120

相機(jī)型號 XC-130 Pyrocam III HR Pyrocam IV
波長范圍	900-1700nm	13-355nm&1.06-3000µm	13-355nm&1.06-3000µm
芯片尺寸	9.6*7.6mm	12.8mm×12.8mm	25.6mm×25.6mm
像元大小	30*30um	75µm×75µm	75µm×75µm
分辨率	320*256	160×160	320×320
靈敏度		64nw/pixel(CW) 0.5nJ/pixel(Pulsed)	64nw/pixel(CW) 0.5nJ/pixel(Pulsed)
飽和度	1.3 μW/cm2 @ 1550 nm	3.0W/cm2 (25Hz) 4.5W/cm2（50Hz））	3.0W/cm2 (25Hz) 4.5W/cm2（50Hz））

（2）光束分析軟件

Spiricon 光斑分析軟件BeamGage 界面人性化，操作便捷，功能強(qiáng)大，其Ultra CAL**逐點(diǎn)背景扣除技術(shù)，可將測量環(huán)境中的雜散背景光扣除掉，使得測量結(jié)果真實(shí)，得到更精準(zhǔn)的ISO 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的光斑數(shù)據(jù)（詳情見 ISO 11146-3-2004）。

（3）附件

針對用戶的特殊要求或者激光的特殊參數(shù)設(shè)定，SPIRICON 公司推出了一系列光束分析儀的附件，如：分光器、衰減器、衰減器組、擴(kuò)/縮束鏡、寬光束成像儀、紫外轉(zhuǎn)換模塊等等。

對于微米量級的光斑，傳統(tǒng)面陣相機(jī)受到像素的制約，無法成像或者無法顯示完整的光斑信息。我們有兩類光束分析儀可供選擇。

狹縫掃描光束分析儀

NanoScan 2s 系列狹縫掃描式光束分析儀，源自2010 年加入OPHIR 集團(tuán)的PHOTON INC。PHOTON INC 自 1984 年開始研發(fā)生產(chǎn)掃描式光束分析儀，在光通訊、LD/LED 測試等領(lǐng)域享有盛名。掃描式與相機(jī)式光斑分析儀的互補(bǔ)聯(lián)合使得OPHIR 可提供完備的光束分析解決方案。

掃描式光束分析是一種經(jīng)典的光斑測量技術(shù)，通過狹縫 / 小孔取樣激光光束的一部分，將取樣部分通過單點(diǎn)光電探測器測量強(qiáng)度，再通過掃描狹縫 / 小孔的位置，復(fù)原整個(gè)光斑的分布。

掃描式光束分析儀的優(yōu)點(diǎn) :

● 取樣尺度可以到微米量級，遠(yuǎn)小于 CCD 像素，可獲得較高的空間分辨率而無需放大；

● 采用單點(diǎn)探測器，適應(yīng)紫外 ~ 中遠(yuǎn)紅外寬范圍波段；

● 適應(yīng)弱光和強(qiáng)光分析；

掃描式光束分析儀的缺點(diǎn) :

● 多次掃描重構(gòu)光束分布，不適合輸出不穩(wěn)定的激光；

● 不適合非典型分布的激光，近場光斑有熱斑、有條紋等的狀況。

掃描式光束分析儀與相機(jī)式光束分析儀是互補(bǔ)關(guān)系而非替代關(guān)系；在很多應(yīng)用，如小光斑測量（焦點(diǎn)測量）、紅外高分辨率光束分析等方面，掃描式光束分析儀具備優(yōu)勢。

自研自產(chǎn)的焦斑分析儀系統(tǒng)及附件
STD 型焦斑分析系統(tǒng)

● 功率密度 / 能量密度較大，NA 小于 0.05（約 3°），且焦點(diǎn)之前可利用距離大于 100mm，應(yīng)當(dāng)考慮使用本型號。

● L 型焦班分析系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)版，采用雙楔，鏡頭在雙楔之間。

● 綜合考慮了整體空間利用率、對鏡頭的保護(hù)等因素。

● 可進(jìn)一步升級成為雙楔在前的型號，以應(yīng)對特別大的功率密度 /

● 能量密度。

● 合適用戶 : 科研和工業(yè)的傳統(tǒng)激光用戶，高功率高能量激光用戶，超長焦透鏡用戶，小 NA 客戶。

02 型焦班分析系統(tǒng)

● 功率密度 / 能量密度較小，或 / 和 NA 大于 0.05（約 3°），或 / 和焦點(diǎn)之前可利用距離小于100mm，應(yīng)當(dāng)考慮使用本型號。

● 比 STD 更好調(diào)節(jié)；物鏡更容易打壞。

● L 型焦班分析系統(tǒng)，采用雙楔，鏡頭在雙楔之前。如遇弱光，可定制將雙楔換為雙反射鏡。

● 02 型機(jī)架不用匹配鏡頭尺寸，通用，可按需選擇鏡頭。

● 非常方便對焦。

● 合適用戶 : 使用小于 100mm 透鏡甚至顯微鏡頭做物鏡的用戶（表面精密加工）；LD/ LED+ 微透鏡的生產(chǎn)線做質(zhì)檢

附件
STA-C 系列可堆疊 C 口衰減器

•18mm 大通光孔徑。

•輸入端為 C-Mount 內(nèi)螺紋，輸出端為 C-Mount 外螺紋。

•鏡片有 1°傾角，因而可以堆疊使用。

•標(biāo)稱使用波段 350-1100nm。

VAM-C-BB VAM-C-UV1 可切換式衰減模組

•18mm 通光孔徑。

•標(biāo)準(zhǔn)品提供兩組四片可推拉式切換的中性密度濾光片。

•用于需要快速改變衰減率的測量過程。

•BB 表示寬波段，即 400-1100nm，提供 1+2、3+4 兩組四片中性密度濾光片鏡組。

•UV1 表示紫外波段，即 350-400nm，提供 0.1+0.2、0.3+0.7 兩組四片中性密度濾光片鏡組。

LS-V1 單楔激光采樣模組

•20mm 大通光孔徑。

•內(nèi)置單片 JGS1 熔石英楔形鏡采樣片，易于拆卸和更換的楔形鏡架。

•標(biāo)稱使用波段 190-1100nm。其他波段可定制。

•633nm 處 P 光采樣率 0.6701%；S 光采樣率 8.1858%。

•355nm 處 P 光采樣率 0.7433%；S 光采樣率 8.6216%。

•前端配模組母接口；后端配模組公接口及 C-Mount 外螺紋接口。

DLS-BB 雙楔激光采樣模組

•15mm 通光孔徑，體積緊湊。

•內(nèi)置兩片互相垂直的 JGS1 熔石英楔形鏡采樣片，無需考慮偏振方向。

•標(biāo)稱使用波段 190-1100nm，其他波段可定制。

•633nm 處采樣率 0.05485%。

•355nm 處采樣率 0.06408%。

•后端可配 C-Mount 外螺紋接口。
SAM-BB-V1 SAM-UV1-V1 采樣衰減模組

•20mm 大通光孔徑。
•BB 表示寬波段，即 400-1100nm，提供四個(gè)插槽和 0.3、0.7、1、2、3、4 六組中性密度濾光片鏡組。
•UV1 表示紫外波段，即 350-400nm，提供四個(gè)插槽和 0.1、0.2、0.3、0.7、1、2 六組中性密度濾光片鏡組。
•前端配模組母接口；后端配 C-Mount 外螺紋接口。
DSAM-BB DSAM-UV1 雙楔采樣衰減模組
•15mm 通光孔徑，體積緊湊。
•內(nèi)置兩片互相垂直的 JGS1 熔石英楔形鏡采樣片，633nm 處采樣率 0.05485%；無需考慮偏振方向。
•BB 表示寬波段，即 400——1100nm，提供四個(gè)插槽和 0.3、0.7、1、2、3、4 六組中性密度濾光片鏡組。
•UV1 表示紫外波段，即 350——400nm，提供四個(gè)插槽和 0.1、0.2、0.3、0.7、1、2 六組中性密度濾光片鏡組。
•后端配 C-Mount 外螺紋接口

對于大功率激光器客戶，如增材制造應(yīng)用以及光纖激光器客戶，我們還有專門的光束分析儀系統(tǒng)

BeamCheck 和 BeamPeek 集成 CCD 光束分析儀直接探測高功率激光的光斑，以及一臺功率計(jì)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測測量激光的功率。特殊的分束系統(tǒng)使其可以直接用于高功率激光，極小部分功率被分配給光束分析儀進(jìn)行光斑分析，而大部分功率由功率計(jì)直接探測激光功率。可在近場或焦點(diǎn)處測量。
BeamCheck 可持續(xù)測量不大于600W 的增材加工激光，BeamPeek 體積更為小巧，可測量*大1000W 的增材加工激光不大于2 分鐘，然后自然冷卻后進(jìn)行下一輪測試。

型號	BeamCheck	BeamPeek
波長范圍	1060-1080nm	532nm; 1030-1080nm
功率測試范圍	0.1-600W	10-1000W
可持續(xù)測試性	持續(xù)測試	<2min at 1000W
光斑大小	37µm-3.5mm	34.5µm-2mm
焦長范圍	200-400mm	150-800mm

OPHIR 的 BeamWatch 非接觸式輪廓分析儀通過測量瑞利散射，捕獲和分析波長范圍為 980nm - 1080nm 的高功率工業(yè)激光。該分析儀包括全穿透光束測量技術(shù)、無運(yùn)動部件、輕便緊湊型設(shè)計(jì)等特征，非常適合于高功率工業(yè)激光進(jìn)行分析。

主要參數(shù) BeamWatch
波長范圍	980-1080nm
最小功率密度	2MW/cm2
最小焦斑大小	55µm
最大入射口徑	12.5mm
束腰寬度準(zhǔn)確度	±5%
束腰位置準(zhǔn)確度	±125µm
焦點(diǎn)漂移準(zhǔn)確度	±50µm
接口方式	GigE Ethernet
儀器尺寸	406.4mm×76.2mm×79.4mm

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激光器光束質(zhì)量分析檢測

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