激光器光束質(zhì)量分析檢測(cè)

更新時(shí)間：2023-07-24

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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(duì)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(duì)于激光器光束質(zhì)量測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)試功率或能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。對(duì)于激光光束質(zhì)量的定期檢測(cè)，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(duì)于激光光束質(zhì)量的測(cè)試有著豐富且**的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(duì)性的測(cè)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(cè)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(duì)用戶激光波長以及光斑大小不同的測(cè)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(cè)量的光斑的*大尺寸，而像素尺寸則決定了能夠測(cè)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(hào)	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(hào) 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(cè)量環(huán)境中的雜散背景光扣除掉，使得測(cè)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(duì)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(duì)于微米量級(jí)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(cè)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(cè)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(cè)器測(cè)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(jí)，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(cè)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(chǎng)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(cè)量（焦點(diǎn)測(cè)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(shì)。

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(hào)。

● 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(duì)鏡頭的保護(hù)等因素。

● 可進(jìn)一步升級(jí)成為雙楔在前的型號(hào)，以應(yīng)對(duì)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(hào)。

● 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(duì)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(cè)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(duì)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(cè)高功率激光的光斑，以及一臺(tái)功率計(jì)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)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(cè)激光功率。可在近場(chǎng)或焦點(diǎn)處測(cè)量。
BeamCheck 可持續(xù)測(cè)量不大于600W 的增材加工激光，BeamPeek 體積更為小巧，可測(cè)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(cè)試。

型號(hào)	BeamCheck	BeamPeek
波長范圍	1060-1080nm	532nm; 1030-1080nm
功率測(cè)試范圍	0.1-600W	10-1000W
可持續(xù)測(cè)試性	持續(xù)測(cè)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(cè)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(cè)量技術(shù)、無運(yùn)動(dòng)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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