激光光束分析仪

激光光束分析仪(Laser Beam analysis)

除了激光功率 / 能量外,激光在传输方向横截面的强度分布以及激光的传输特性,也是激光器应用中决定性的因素:绝大多数应用需要根据激光的传输特性(M2  )来设计光路；定量科学实验和高品质激光加工都需要实际测量激光焦点的分布。同时,很多激光器在使用中,泵浦源或光学器件衰减首先体现在激光光斑的变化上,定期测试激光光斑有助于提前发现衰减倾向,及早维护,降低维护成本、缩短停机时间,预防激光器性能突变导致产线灾害。激光的截面强度分布的测量(光斑分析)通常采用光束分析仪,而传输特性通常用 M2 表征,由 M2  测试仪按照 ISO 标准进行测量。

Spiricon 公司是业内久负盛名的激光光束分析仪和 M2 生产厂家,自上世纪十年代末开始研发提供激光光束品质分析仪,并参与制定了光斑测量的ISO11146-3 标准。产品种类覆盖 CCD 相机式光束分析仪、InGaAs 面阵相机光束分析仪、热释电晶体面阵光束分析仪、狭缝扫描式光束分析仪、全自动M2 测量仪、高功率激光聚焦测试仪等,波长覆盖 13nm ~ 3000μm,广泛应用于激光器制造、激光精密加工、光通讯、太赫弦、激光科学研究等领域。Spiricon 公司 2006年加入 OPHIR 集团,使后者成为激光测量全系解决方案的供应商。

相机式光束分析仪采用二维阵列光电传感器, 直接将辐照在传感器上的光斑分布转换成图像, 传输至电脑并进行分析。相机式光斑分析 仪是目前使用最多的光斑分析仪,可以测试连续激光、脉冲激光、单个脉冲激光,可实时监控激光光斑的变化。

完整的光束分析系统由三部分构成:

• 相机

相机确定了可测量的波长范围:硅基 CCD 相机通常为 190nm ~ 1100nm；InGaAs 面阵相机通常为 900 ~ 1700nm；热释电面阵相机则可覆盖 13 ~ 355nm 及 1.06 ~ 3000μm。相机的芯片尺寸决定了能够测量的光斑的最大尺寸,而像素尺寸则决定了能够测量的最小光斑尺寸；通常需 要 10 个像素体现—个光斑完整的信息。

• 光束分析软件

软件除了采集数据并按照各种数学模型进行分析计算外,更为重要的是确保光束分析计量的准确性。Spricon 公司采用 Ultra CALTM 技术扣除 相机的起伏背景,确保在各种强度下得到的光斑都具备定量准确性；丰富的光斑识别、手动及自动选区功能,避免光斑品质计算中引入过大   误差甚至出现伪结果:例如对多模(多瓣)光束的自动分析。

• 附件

几乎所有的激光器的强度都超过相机的饱和强度甚至损伤國值,高品质的衰减附件可确保在保持光束品质的情况下衰减强度；扩束、缩束、放大、 投影成像等高品质成像系统使得尺寸—定的传感器可以适应不同的光斑。

硅基CCD 相机

主要特点

• 相应灵敏度高

• 不同感光面尺寸可供选择

• USB2.0/USB3.0/ Gigbit Ethernet 三种接口方式

• C-Mount 接口，可选择衰减片、分光片等多种附件

主要应用领域

• 半导体/ 光纤等激光器光斑分析

• 激光加工设备

• 生物医疗激光分析等

镀磷光材料 CCD 相机

硅材料 CCD 相机的长波截止波长为 1100nm  (对于较强的光可响应至 1300nm ) 。通过在芯片表面镀上转换磷光材料,能够探测光通讯广泛使 用的 1550nm 左右激光

主要特点

反斯托克斯磷层吸收1440-1605nm 近红外光，进而产生的可见光在硅基芯片上进行成像。

主要应用领域

光通讯，OPO 激光等。

红外信号上转换至可见光信号的过程是非线性的，也即针对这类镀磷的相机，芯片感测到的信号并不正比于输入的红外光强信号。Spiricon基于大量的实验测量了转换效率的非线性特性，研究了校正算法并将这一算法植入BeamGage 软件中，确保软件的到的结果真实可靠。

近红外 InGaAs 相机

主要特点：

量子效率高, 暗电流小, 灵敏度高, 爆光时间范围宽。

主要应用领域：

空间遥感、夜视、侦察与监视、遥感系统、红外成像制导、 光电对抗等。