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M2光束質(zhì)量分析儀實驗測試分享 - 筱曉光子

更新時間：2022-03-14

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一、M2測試原理

1、M2光束質(zhì)量因子

光束質(zhì)量因子M2較科學(xué)合理地描述了激光束質(zhì)量，并由國際標(biāo)準組織(ISO)采納。M2克服了常用的光束質(zhì)量評價方法的局限，對激光光束的評價具有重要意義。

M2因子被稱為激光光束質(zhì)量因子或衍射極限因子，是用來衡量激光光束的光束質(zhì)量常用的參數(shù)。定義為：

對于理想高斯光束，有M2=1，光束質(zhì)量佳。實際光束M2均大于1，表征了光束衍射極限的倍數(shù)。光束質(zhì)量因子M2表示為：

微信圖片_20210926092118.jpg

式中D0為實際光束束腰寬度，θ為光束遠場發(fā)散角。M2參數(shù)同時包含了遠場和近場特性，能夠綜合描述光束的品質(zhì)，且具有通過理想介質(zhì)傳輸變換時不變的重要性質(zhì)。由上式可知，對激光光束因子M2的測量，歸結(jié)為光束束腰寬度D0和光束遠場發(fā)散角θ的測量。

2、聚焦光束法測量光束質(zhì)量M2因子

對于激光器由于自身性能的不同，激光的真實的束腰位置會出現(xiàn)在激光器的內(nèi)部或者激光器出射的前端，這對于測量產(chǎn)生了不便。針對這個問題國際上提出了聚集光束測量法。

利用無像差的透鏡來模擬激光光束束腰，然后通過無像差透鏡的性質(zhì)得到激光真實束腰的參數(shù)信息如下圖所示：

激光通過透鏡1再成像，光線迅速會聚，會聚的大約位置在透鏡焦距f處（但不是絕對），然后又繼續(xù)發(fā)散，這樣在近焦距的位置上就得到了人工的光束束腰，這樣就解決了對原始激光束腰不定，無法測量的缺點。通過對在成像方的激光光路的切片式測量，就可以得到透鏡后的激光的相關(guān)參數(shù)，然后通過透鏡變化公式就可以得到真實激光的參數(shù)信息。

（1）dσ0、Z0、ZR分別是激光器的腰斑直徑，腰斑到透鏡的距離及瑞利長度；

（2）f為透鏡的焦距；（3）d’σ0、Z’0、Z’R分別是通過透鏡變換后的高斯光束的腰斑直徑，腰斑到透鏡的距離及瑞利長度（通過測量數(shù)據(jù)進行擬合并計算得到的）。

3、M2參數(shù)解釋

實際光束的X方向束腰位置和Y方向束腰位置大多在不同位置，X方向上的發(fā)散角和Y方向上的發(fā)散角也大小不同，所以光束質(zhì)量因子M2分為M X 2和MY2，針對某一方向都有響應(yīng)的光斑中心，光斑直徑，激光發(fā)散角，瑞利長度等參數(shù)。

（1）光束發(fā)散角θ：激光束在腰部最細，隨著離腰部距離的逐漸增大，光束的有效截面逐漸變粗，也就是激光束具有一定的發(fā)散性質(zhì)，發(fā)散程度用發(fā)散角θ表示；（2）光束束腰D0：光束束寬最小處即為光束束腰D0，其位置為Z0；
（3）瑞利長度Zr：激光光束的橫截面積變?yōu)槭幍?倍時，該位置與束腰之間的距離是瑞利長度。長度越長說明光斑發(fā)散的越慢，激光光束質(zhì)量越高；（4）焦點深度：從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式。

二、筱曉光子M2 Beam U3光束質(zhì)量分析儀介紹

我們公司的產(chǎn)品是DUMA公司最新版本的M2光束質(zhì)量分析儀。主要由帶濾光輪的Beam On U3和帶無像差透鏡的移動平臺組成，通過采集多個測量面實現(xiàn)對M2因子的測量，整體準確度保持在±5％范圍內(nèi)。

M2 Beam U3 是一種用于實時位置，功率和光束輪廓檢測的光束診斷測量系統(tǒng)?？梢詼y量連續(xù)激光和脈沖激光，光譜范圍覆蓋350nm-1600nm它提供了非常直觀的圖形表示和分析激光束各種參數(shù)的能力，包括M2，光束發(fā)散角，束腰寬度及位置，瑞利長度及焦點深度等參數(shù)滿足用戶對光束質(zhì)量參數(shù)的需求。同時是USB3.0設(shè)備級別的軟件驅(qū)動設(shè)備，駐留在用戶的主機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸以及便捷使用。

產(chǎn)品特點：

光譜范圍覆蓋350-1600nm
可檢測連續(xù)激光及脈沖激光
USB3.0快速數(shù)據(jù)傳輸接口，即插即用，方便快捷
可實現(xiàn)高低功率激光的檢測
軟件設(shè)置，直接讀取 M2各種參數(shù)，簡單高效

1、產(chǎn)品性能參數(shù)：

Beam On U3

激光類型	連續(xù)或脈沖
束寬分辨率	≤ 1 μm
像素 (H x V )	1920X1200
光斑尺寸	?75μm-?6 mm
工作波段	350–1600 nm
光敏面尺寸	11.34 x 7.13(mm)，傳感器可分為多個活動區(qū)域，并行工作多達400個扇區(qū)(新)
增益控制	1-24 dB
動態(tài)范圍	60 dB, 12 bit
快門速度	39 μs-20 s
幀速	快變模式（新）：40/s-550/s
像素大小	5.86 µm x 5.86 µm
像素位深	12 bits
同步性	軟件；硬件（外部觸發(fā)信號）
曝光控制	通過GUI編程
配件	①近紅外衰減器；② SAM3-C；③ RDC；④ C-Mount衰減器
供電要求	~2 W（通過USB3.0接口）
尺寸(L x W x H)	64 x 46 x 73.5mm
重量（標(biāo)準值）	300 g
硬件要求	CPU i3 1.6 GHz, 4 GB RAM
界面	USB 3.0, windows 7/8/10 (32或64 位)
機械接口	后安裝：2個同心相對8-32 UNC 6mm深的探測器光學(xué)配件和衰減器：C-mount
內(nèi)置自動衰減輪	衰減器器：ND8、ND200、ND1000，一個空置

2、掃描附件

輸入光束

M2光束質(zhì)量分析儀型號	M2 Beam U3 VIS-NIR	M2 Beam U3 IR-1310
光譜范圍	350 nm to 1600 nm	350-1310 nm
光束尺寸	直徑15mm，帶透鏡	直徑15mm，帶透鏡
最大發(fā)散角	10 mrad（不帶透鏡）	10 mrad（不帶透鏡）
束腰到透鏡的距離	2.0~2.5米最佳，最小2米	2.0~2.5米最佳，最小2米

掃描裝配附件

材質(zhì)	鋁
透鏡焦距	300mm（在632.6nm時）
透鏡直徑	25mm
掃描步數(shù)（最大）	1400
最小步長	200um
掃描長度	280mm

整機

重量	2.5kg（不包括光束質(zhì)量分析儀傳感器頭）
尺寸	100 X 173 X 415 mm
安裝托架	M6或1/4"螺釘固定
機械調(diào)整	水平角：±1.5°，垂直角：±1.5°
電纜長度	3米

三、實驗測試

1、操作步驟：

（1）M2光束質(zhì)量分析儀兩個USB接口連接電腦，打開軟件；（2）安裝激光器，光纖輸出接口接到準直器上。同時準直器離M2透鏡最好有1米以上的距離，打開激光器；（3）對齊光束（可以用熱感應(yīng)卡或激光顯示卡來輔助對光），在軟件上觀察激光光束非常接近X&Y十字線目標(biāo)圖像窗口；（4）在軟件界面上打開M2圖標(biāo)，同時設(shè)定Z軸位置:選擇“Setup",接下來設(shè)置“Start Position"為0mm, “Stop Position"為280mm,“Step"為2mm；（5）右下角Control界面一般Gain選擇5-10左右，調(diào)整一下曝光，F(xiàn)ilter Wheel界面一般選擇ND500（測試時主要根據(jù)光束調(diào)整這三項參數(shù)）；（6）點擊Start圖標(biāo)，開始測試；（7）測試完成后，點擊homing圖標(biāo)，電機返回原位置。
2，測試結(jié)果：
（1）1064nm皮秒脈沖激光器測試結(jié)果

（2）633nm TLD 窄線寬激光器測試結(jié)果

（3）852nm DFB激光器測試結(jié)果

3，測試結(jié)論

通過測試，可以看出利用我們的M2光束質(zhì)量分析儀，能方便快捷的直接測試讀取M2 的數(shù)據(jù)，主要包括M2因子，瑞利長度發(fā)散角以及束腰參數(shù)等數(shù)據(jù)。整體準確度保持在±5％范圍內(nèi)，滿足用戶對光束質(zhì)量參數(shù)的需求?？梢詮V泛的用于激光加工，生物醫(yī)學(xué)，激光制造等領(lǐng)域。

四、相關(guān)產(chǎn)品鏈接

產(chǎn)品	圖形	描述	鏈接
M2 Beam On U3光束質(zhì)量分析儀		用于測試M2，束腰長度，束腰位置，瑞利長度等光束質(zhì)量參數(shù)	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cp3&id=598
633nm TLD 窄線寬激光器		輸出功率高，窄線寬，14引腳封裝，內(nèi)置PD和TEC	http://ld-pd.com/?a=cp3&id=148
852nm DFB 激光器		高輸出功率，線寬＜2MHz,14引腳封裝，內(nèi)置PD和TEC	http://ld-pd.com/?a=cp3&id=346
1064nm DFB激光器		高輸出功率，線寬＜2MHz,14引腳封裝，內(nèi)置PD和TEC	http://ld-pd.com/?a=cp3&id=232
VIR-NIR1600高效脈沖激光熒光顯示卡		本激光磷光顯示產(chǎn)品可顯示UV， VISIBLE 和IR激光光束，安全可靠，性能優(yōu)良，不可見光打到上面也可看到光束，降低了不可見光的光束呈現(xiàn)、輪廓顯現(xiàn)、定位的難度。	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cp3&id=90
紅外（IR）激光探測卡(板)/ 紅外光顯示卡(半透半反式)		HCP-IR-1201是一個yinhang卡大小的探測卡，用于觀察790到840 nm、870到1070 nm、1500到1600 nm波長范圍內(nèi)的光。這些觀察卡是由耐用的塑料卡制作而成，感光區(qū)粘于其前表面，可輕松對近紅外光(NIR)及其焦點進行定位。	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cp3&id=91
FC/APC小光斑光纖準直器		筱曉光子的光纖準直器經(jīng)過預(yù)對準，用于準直從FC/APC接頭光纖出射的光，并具有限制衍射的性能。我們的準直器比市面上Lightpath或者Thorlabs具有更小的插入損耗，更強的準直能力。	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cp3&id=188
FC/APC光纖準直器		光纖準直器，帶FC/APC接頭(2.2 mm寬鍵)，用于單模跳線；對準波長從405 nm到4.55 µm；根據(jù)波長不同，準直光束直徑從0.63 mm到4.05 mm	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cp3&id=118

上一條光纖環(huán)形器是一種多端口非互易光學(xué)器件
下一條裸光纖研磨機 - 筱曉光子

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