2023-07-19
激光器光束質(zhì)量分析檢測(cè)
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(guó)防以 及醫(yī)療等領(lǐng)域。激光的光束質(zhì)量無(wú)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。
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。
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(zhǎng)、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：
?。?）相機(jī)
針對(duì)用戶激光波長(zhǎng)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。
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相機(jī)型號(hào) |
SP932U |
LT665 |
SP504S |
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波長(zhǎng)范圍 |
190-1100nm |
340-1100nm |
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芯片尺寸 |
7.1×5.3mm |
12.5×10mm |
23×23mm |
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像.大. |
3.45x3.45μm |
4.54×4.54μm |
4.5x4.5μm |
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分.率 |
2048x1536 |
2752×2192 |
5120×5120 |
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相機(jī)型號(hào) XC-130 Pyrocam III HR Pyrocam IV |
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波長(zhǎng)范圍 |
900-1700nm |
13-355nm&1.06-3000µm |
13-355nm&1.06-3000µm |
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芯片尺寸 |
9.6*7.6mm |
12.8mm×12.8mm |
25.6mm×25.6mm |
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像元大小 |
30*30um |
75µm×75µm |
75µm×75µm |
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分辨率 |
320*256 |
160×160 |
320×320 |
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靈敏度 |
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64nw/pixel(CW) 0.5nJ/pixel(Pulsed) |
64nw/pixel(CW) 0.5nJ/pixel(Pulsed) |
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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）） |
?。?）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)境中的雜散背景光完全扣除掉，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(wú)法成像或者無(wú)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
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) :
自研自產(chǎn)的焦斑分析儀系統(tǒng)及附件
附件
•20mm 大通光孔徑。
•15mm 通光孔徑，體積緊湊。
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(zhǎng)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(wú)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。
● 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(wú)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獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
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)。
● 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)。
● 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(zhǎng)焦透鏡用戶，小 NA 客戶。
02 型焦班分析系統(tǒng)
● 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
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
•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
•內(nèi)置兩片互相垂直的 JGS1 熔石英楔形鏡采樣片，無(wú)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
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(wú)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
•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(wú)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?？稍诮鼒?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。
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。
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型號(hào) |
BeamCheck | BeamPeek |
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波長(zhǎng)范圍 |
1060-1080nm |
532nm; 1030-1080nm |
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功率測(cè)試范圍 |
0.1-600W |
10-1000W |
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可持續(xù)測(cè)試性 |
持續(xù)測(cè)試 |
<2min at 1000W |
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光斑大小 |
37µm-3.5mm |
34.5µm-2mm |
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焦長(zhǎng)范圍 |
200-400mm |
150-800mm |
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主要參數(shù) BeamWatch |
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波長(zhǎng)范圍 |
980-1080nm |
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最小功率密度 |
2MW/cm2 |
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最小焦斑大小 |
55µm |
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最大入射口徑 |
12.5mm |
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束腰寬度準(zhǔn)確度 |
±5% |
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束腰位置準(zhǔn)確度 |
±125µm |
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焦點(diǎn)漂移準(zhǔn)確度 |
±50µm |
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接口方式 |
GigE Ethernet |
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儀器尺寸 |
406.4mm×76.2mm×79.4mm |
