作者： 时间：2021-11-27
激光光束分析仪是对激光的能量分布、光斑直径、发散角、椭圆度等激光横模轮廓特征参数进行测试的设备。M2光束质量分析仪是一种激光诊断装置，是在激光光束轮廓分析仪的基础上增加了光学导轨和聚焦透镜，通过移动M2仪来改变光程从而测试激光传输在方向上不同位置的激光光斑直径，仪器计算得到M2因子或光束参量积（beam parameter product，BPP）等定性表征光束质量。采用合适的激光光束的特性分析和诊断，控制光束质量在很多激光器加工应用中是比较重要的。如果可以控制光束质量，就可以得到更加一致的激光加工质量。
美国Dataray公司成立于1988年，30多年来一直推进激光光束分析仪技术，开发出更多的光束表征解决方案。在光束分析仪中有多年的行业经验，应用在各个方面，无论是M2测量、光束直径测量或其他激光光束分析问题。针对激光焦点的光斑测试需求，Dataray公司提供相机式的和狭缝式的。本文展示了几种常见的激光光束分析仪，在Dataray型号中包括相机式的光束分析仪和狭缝式光束分析仪，满足了各种波段光束分析仪，光斑大小光束分析仪，使用场景光束分析仪的需求，并通过简要的特点介绍作为Dataray选型指南。
Dataray公司基于相机式的光斑分析仪的主要参数，如下图表1的Dataray型号。相机式光斑轮分析仪满足了各种波段光束分析仪的需求，覆盖紫外到红外波长范围。在可测量的最小光束上取决于相机像素点的大小，一般要求最小测试光斑直径大于等于10个像素点大小。因此BladeCam-XHR在小光束尺寸上是比较好的Dataray型号选择，满足了各种光斑大小光束分析仪的选择，最小光束尺寸可达到32um。在对Dataray光束质量分析仪选型时，在图像面积大小上面的选择是必须考虑的，因为这决定着Dataray光束分析仪所允许测试分析的光束大小。在快门类型来说，使用全局快门相机通可以很好应用在高速生产线检测的使用场景中。至于传感器类型的不同，CCD在影像品质会在某些方面上优于CMOS，而CMOS则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异也正在逐渐减小，所以，在Dataray型上号衡量选择光束分析仪来说，基本可以忽略。
图表1 Dataray相机式光束分析仪的主要参数
狭缝式的Dataray光束分析仪在测试精度表现上，相比基于相机式的Dataray光束分析仪会更高，最高精度可达0.1um，对于几微米的um光束大小也能进行测试分析。如图表2是Dataray狭缝式光束分析仪Beam'R2，Beammap2的主要参数。DataRay光束分析仪中，狭缝式的Beam'R2和BeamMap2都是具有相同工作原理，通过扫描狭缝进行测绘的设备，兼备了扫描式狭缝和刀口式狭缝工作模式，可测量光束质量M2因子等实时光束分析。Beam'R2使用两对x-y狭缝，两对狭缝分别是宽度为2.5μm和25μm (InGaAs为5和50µm)，可以满足各种波段光束分析仪和光斑大小光束分析仪的需求。Dataray型号的BeamMap2代表了一种完全不同的实时光束分析方法，它通过允许沿光束行程的多个位置进行测量，扩展了Beam'R2的测量光束质量M2等功能，这种实时狭缝扫描系统在旋转圆盘上不同的Z轴位置安装4对狭缝，从而在光束质量M2调试中实现实时、多平面测量。
图表2 Dataray狭缝式的光束分析仪
DataRay提供各种光束分析仪附件，包括采样器、光学镜组、平移台、UV和IR转换器等，在Dataray选型上以满足各种使用场景光束分析仪的需求。Dataray光束分析仪，采用的是通用的C/F-Mount接口设计，所以使得加衰减片、扩束镜、紫外转换装置、红外转换装置更为方便。如图3，保偏光束采样器(Polarization Preserving Beam Sampler，PPBS)使用双楔形设计对光束功率的一小部分进行采样，用于激光光束轮廓分析应用。保偏光束采样器PPBS对来自两个正交楔形窗口的反射进行采样，以安全地降低高强度光的功率，同时保留输入光束的原始偏振并消除来自每个空气玻璃界面的多次反射的影响。
图3 保偏光束采样器
光学镜组的C接口激光缩束器（图4），适用于大多数WinCamD和BladeCam光束分析相机，波长范围为350至650 nm。
图4 C接口激光缩束器
在进行M2测量时，软件控制的自动化M2平移台（图5），用于WinCamD相机式的DataRay光束分析仪和Beam'R2扫描狭缝光束分析仪的相机和镜头安装座。DataRay提供50mm和200mm自动化M2平移台。
图5 自动化M2平移台
DataRay光束分析仪中配件的紫外UV和红外IR转换器，通过使用这些转换装置，DataRay光束分析仪可应用于紫外或红外激光中进行光束分析，如图6，DataRay光束分析仪中相机式的紫外荧光再成像转换器，当紫外线光束击中定制的薄晶体面板，该面板在可见光中发出荧光。这种晶体荧光被重新成像到相机上，涂层晶体的相干长度≥1 mm。
图6 紫外UV转换器
激光光束分析的测试涉及到多种因素，文章中的论述Dataray型号只能涉及部分应用场景和部分因素的分析，满足了各种波段光束分析仪，光斑大小光束分析仪，使用场景光束分析仪的需求，如果您有相关的光束分析测试需求，深圳维尔克斯光电有限公司专业的销售工程师和技术工程师愿意和您充分沟通，为您提供最合适的测试产品。深圳维尔克斯光电有限公司作为美国Dataray公司在中国的代理商，在Dataray选型上，负责其全线产品和配件在中国的销售和售后服务，欢迎广大用户来电咨询。
