作者： 时间：2021-08-24
海纳光学所代理的美国Dataray为用户提供优质的激光分析诊断方案，其中结合光斑分析仪WinCamD-LCM系列产品的工业激光监控系统（ILMS）可以实现对于高功率密度激光光斑的实时监控。
高功率聚焦激光轮廓分析仪为满足用户需求，对于小尺寸（微米级）且高功率的激光检测一直是一个难点，尤其是以CMOS或CCD作为主要探测元件的光斑分析仪，不仅对于像素尺寸要求更高，而且需要装配对应的衰减元件。而工业激光监控系统（ILMS）中使用的WinCamD-LCM虽然单个像素尺寸为5.5 μm，但是通过该系统的LensPlate2镜组重新准直成像，之后通过PPBS/ND衰减片进行功率衰减，将待测图像重新成像到LCM上，这使得该系统可以突破LCM像素尺寸的限制，实现检测更小的光斑。
工业激光监控系统（焦点光斑分析仪）允许用户单独订购高功率保偏采样器（PPBS）以及LensPlate2镜组元件，从而取消相机订购选项，为用户调整自己的光学系统提供了更灵活的配置方案，值得注意的是，该系统使用前需要用户提前预估束腰位置，以免整体系统无法正确进行监控检测。
工业激光监控系统（ILMS）系统配置（硬件配置）：
以下部件将包含在工业激光监控系统 (ILMS) 中，工业激光监控系统（ILMS）系统除非客户另有说明，否则交付时已为特定相机组装和校准。
零件清单：
1. ILMS（从输入光束开始）
– 输入镜头
– PPBS
2. 以下材料之一的楔形窗户：
-紫外熔融石英 (190 nm – 2100 nm)
-氟化钡（0.2 m – 11 m）
-氟化钙（0.2 m – 8 m）
-硒化锌（0.5 m – 16 m）
3. ND 滤镜
4. 输出镜头
5. 可调镜筒（锁定到特定校准）
6. SM1 转 C 接口适配器
7. DataRay 光束分析相机
8. 可选 BeamTrap（取决于功率处理要求）
组装和使用：
1. 内部校准期间预先安装了光束分析相机。如果选择订购时不附带相机，则用户必须使用SM1转C接口适配器将相机连接到 PPBS 输出面上的镜筒末端。请注意，调整镜筒或更换相机会影响测量平面放置在离输出镜头特定距离的校准。
2. 安装组件，使激光垂直进入输入透镜的中心。
正确对齐需要 5 个自由度——X、Y、Z、俯仰和偏离。
3. 在Residual 1后面安装光束阱或其他功率处理工具以吸收能量。
随附的 Residual 1 和 2 盖板不适用于处理高功率。
除以上操作外还要考虑 Residual 2 输出是否需要光束陷阱
4. 调整输入束腰和输入透镜之间的距离，直到光束分析仪上测量的光斑尺寸最小。
不要调整将光束分析仪连接到 PPBS 的校准 LensPlate2 输出管。用户必须控制的唯一变量是束腰与输入透镜的对齐和距离。
工业激光监控系统（ILMS）系统
工业激光监控系统（ILMS）校准：
工业激光监控系统（ILMS）使用与用户应用波段相似的参考准直光束进行内部校准操作。高功率保偏采样器（PPBS）输入孔径处的输入透镜被移除，经过LensPlate2 Input的准直光束被引导通过输入孔径。准直光束通过 PPBS 反射并离开 PPBS 采样面，由第二个透镜聚焦。可调节管将光束分析仪与第二个透镜分开。调整光束轮廓仪的测量平面和第二个透镜之间的距离，经过调试，直到该透镜所产生的束腰与测量平面重合（即当测量的光束尺寸最小时）。光束分析仪的测量平面现在位于输出透镜的后焦平面。可调节镜筒现在已锁定到位；它针对此特定光束轮廓仪进行了校准，不应进行调整。
输入透镜现在重新连接到输入孔径，设备现在准备将束腰重新成像到光束分析仪。测试光束腰在输入孔径处与输入透镜对齐（如下图所示），并调整光束腰与输入透镜的距离，直到光束轮廓仪上的重新成像光斑最小化。放大倍数是通过使用千分尺在 X/Y 方向移动束腰并比较重新成像的光束质心在光束轮廓仪上移动的距离来确定的，使聚焦光斑放大，有效减少功率密度，从而实现高功率聚焦光斑检测。
ILMS 使用光束采样和放大光学器件，通过 WinCamD-LCM 成像轮廓仪监测高功率光纤输出或光束聚焦
高功率保偏采样器（PPBS）衰减：
因为采样光束是每个玻璃楔中第一表面反射的结果，所以衰减是根据菲涅耳反射方程计算的。每个楔形表面的激光反射强度取决于波长、偏振、折射率和入射角。由于两次反射是正交的，因此抵消了偏振的净效应。假设光束垂直入射到 PPBS 的输入面，因此采样光束输出百分比仅取决于激光器的波长和楔形材料。下图中显示了四种不同 PPBS 楔形选项的采样百分比。如果在高功率保偏采样器（PPBS）衰减输出和第二个镜头之间使用额外的ND滤镜，则会提供额外的衰减。
每个 PPBS 楔形材料选项的光束采样百分比
