激光光斑輪廓儀是對激光光斑的光強分布、光斑直徑、橢圓度等參數(shù)進行測試的設備。M2測試儀是在光斑輪廓儀的基礎(chǔ)上增加光學導軌和聚焦透鏡，通過測試激光傳輸方向上不同位置的激光光斑直徑，進而計算得出光束發(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越高，激光器種類越來越多，在很多場景中，對激光光束質(zhì)量的準確測試面臨著各種挑戰(zhàn)，比如激光焦點的測試，中遠紅外激光的光束質(zhì)量測試、千瓦級激光的光束質(zhì)量測試等。美國Dataray公司成立于1988年，30多年來一直專注于激光光束質(zhì)量測試儀的研發(fā)，不斷推陳出新，應對各種場景中對激光光束質(zhì)量測試的挑戰(zhàn)。本文針對幾種典型的激光光束質(zhì)量測試場景，分析其測試難點，給出適合的光束質(zhì)量測試儀。在很多激光激光加工設備中，加工樣品處于激光焦平面上，比如激光打標、激光3D打印、激光精密切割機等。激光在焦點處的實際光斑直徑、光強分布、橢圓度以及焦點位置等參數(shù)會在很大程度上影響加工質(zhì)量。因此對上述參數(shù)進行準確的現(xiàn)場測試就變得非常重要。在該場景的測試面臨三個難點：1、高功率激光的衰減；2、光斑直徑很小，焦點位置的光斑直徑可能到10um左右，對光束質(zhì)量分析儀的精度提出了很高的要求；3、一般要求現(xiàn)場測試，不像在實驗室的光學平臺上測試那么方便，為了尋找焦點位置，需要一定的輔助設備。針對高功率激光的焦點測試需求，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0.02%。
針對激光焦點的光斑測試需求，Dataray公司可以提供兩類光斑測試儀，一類是基于SCMOS相機的光斑測試儀，一類是基于狹縫掃描的光斑輪廓儀。Dataray公司基于相機的光斑輪廓儀的主要參數(shù)
采用SCMOS相機的光斑輪廓儀最小可測試光斑取決于相機像素點點的大小，一般要求最小測試光斑直徑大于等于10個像素點大小。因此BladeCam2-XHR是一個比較好的選擇，最小測試光斑可到32um。以下是我們用BladeCam2-XHR光斑輪廓儀在客戶處測試的針對通快公司的高功率綠光飛秒激光器的焦點測試結(jié)果。測得的激光焦點位置的光斑直徑約50um。
相比基于相機的光斑輪廓儀，基于狹縫掃描的光斑輪廓儀，測試精度更高，最高精度可達0.1um，可以測試幾個um的焦點光斑。以下是Dataray公司的基于狹縫掃描的光斑輪廓儀Beam R2的實物照片和主要參數(shù)。 
BeamR2的主要參數(shù)
以下是采用Beam R2測得的激光焦點光斑結(jié)果。
無論是基于相機的BladeCam2-XHR還是基于狹縫掃描的Beam R2，在測試脈沖激光器時，最小測試光斑都受到激光重頻的影響，對于Beam R2，要求 Φ μm ≥ [500/(PRR in kHz)]。對于不滿足該要求的脈沖激光（主要是低重頻激光），建議選用基于相機的光斑輪廓儀WinCamD-LCM，該型號光斑輪廓儀對激光的重頻沒有要求。近幾年，在終端需求的推動下，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數(shù)萬瓦，對于高功率光纖激光器的M2因子和發(fā)散角的快速準確測量需求越來越多。該測試的難點是對高功率激光的衰減。一般針對1um波長的激光，基于相機的光斑輪廓儀只需要mW量級的激光，在激光進入光斑輪廓儀之前需要對高達幾千瓦甚至數(shù)瓦的激光進行衰減，衰減過程中一方面需要有效避免衰減器件對激光光束質(zhì)量的影響，一方面需要對無用激光的安全接收，通常都需要對接收器進行水冷。為了避免多次反射對測試結(jié)果造成的干擾，一般采用棱鏡組合實現(xiàn)高功率激光的衰減。以下光路圖是典型的高功率激光M2測試方案。
Dataray公司將光斑輪廓儀和聚焦透鏡、電動導軌結(jié)合在一起，就可以實現(xiàn)激光M2因子和發(fā)散角的測試。
針對大尺寸的光斑測試，Dataray公司開發(fā)出了孔徑達25mm×25mm的光斑輪廓儀TaperCamD-LCM，可以應對大部分場景的測試要求。另外針對很長的線光斑測試，Dataray公司開發(fā)出了可以測試長達200m的線光斑的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括功能齊全的、以用戶為中心的軟件。該軟件自動移動DATARY的旗艦WinCamD LCM光束輪廓相機，使用50或200 mm的線性工作臺在激光輸出線上移動，以捕獲和分析整個光束。DataRay軟件補償任何殘余傳感器傾斜，以確保最精確的測量。
Dataray的線激光測試系統(tǒng)提供了線激光強度分布的完整圖像以及垂直質(zhì)心圖、線寬圖、強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報告以及導出原始數(shù)據(jù)。最常用的CCD或者SCMOS相機光斑輪廓儀大都基于硅材料，響應的光譜范圍為350—1150nm?？梢酝ㄟ^在探測器表面鍍磷光粉，將探測波段延長至1480 to1605 nm，或者鍍紫外熒光粉，將探測波段拓展到190-1150nm。基于狹縫掃描的光斑輪廓儀使用單點探測器，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)出基于量子點技術(shù)的相機光斑輪廓儀WinCamD-QD可以覆蓋350-2000nm的測試范圍，為近紅外的激光光斑測試提高了新的選擇。Dataray公司還針對中遠紅外激光的光斑測試開發(fā)出了WinCamD-IR-BB，WinCamD-IR-BB參數(shù)
激光光束質(zhì)量的測試涉及到多種因素，上述論述只能涉及部分應用場景和部分因素的分析，如果您有相關(guān)測試需求，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試產(chǎn)品。北京?？扑间J光電儀器有限公司作為美國Dataray公司在中國的代理商，負責其全線產(chǎn)品在中國的銷售和售后服務。歡迎廣大用戶來電咨詢。北京海科思銳作為一家專業(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），激光測試設備（激光功率計/能量計，光斑分析儀，M2儀，光譜儀，波長計，紅外觀察儀，光電探測器，自相關(guān)儀，spider等），激光與光學元器件（激光鏡片，隔離器，光柵，濾波片，半導體激光電源，光纖器件），光譜儀器，光機械（光學隔震平臺，位移臺，調(diào)整架，光機組件等）。
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