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        M2光束質量分析儀實驗測試分享 - 筱曉光子新品速遞③ 2021-09-26


        、M2測試原理



        1、M2光束質量因子


        光束質量因子M2較科學合理地描述了激光束質量,并由國際標準組織(ISO)采納。M2克服了常用的光束質量評價方法的局限,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量因子或衍射極限因子,是用來衡量激光光束的光束質量常用的參數。定義為:


        微信圖片_20210926092102.jpg


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



        微信圖片_20210926092118.jpg





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


        2、聚焦光束法測量光束質量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在激光器的內部或者激光器出射的前端,這對于測量產生了不便。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得到激光真實束腰的參數信息如下圖所示:

        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),然后又繼續發散,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參數,然后通過透鏡變化公式就可以得到真實激光的參數信息。

        微信圖片_20210926092140.jpg




        (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(通過測量數據進行擬合并計算得到的)。  

        3、M2參數解釋


        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方向上的發散角和Y方向上的發散角也大小不同,所以光束質量因子M2分為M X 2和MY2,針對某一方向都有響應的光斑中心,光斑直徑,激光發散角,瑞利長度等參數。

        (1)光束發散角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散性質,發散程度用發散角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為束腰處的2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散的越慢,激光光束質量越高;  (4)焦點深度:從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式。



        二、筱曉光子M2 Beam U3光束質量分析儀介紹


        我們公司的產品是DUMA公司最新版本的M2光束質量分析儀。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對M2因子的測量,整體準確度保持在±5%范圍內。

        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??梢詼y量連續激光和脈沖激光,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的能力,包括M2,光束發散角,束腰寬度及位置,瑞利長度及焦點深度等參數滿足用戶對光束質量參數的需求。同時是USB3.0設備級別的軟件驅動設備,駐留在用戶的主機,實現數據快速傳輸以及便捷使用。


        產品特點:


        • 光譜范圍覆蓋350-1600nm

        • 可檢測連續激光及脈沖激光

        • USB3.0快速數據傳輸接口,即插即用,方便快捷

        • 可實現高低功率激光的檢測

        • 軟件設置,直接讀取 M2各種參數,簡單高效


        1、產品性能參數:


        Beam On U3

        激光類型
        連續或脈沖
        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域,并行工作多達400個扇區(新)

        增益控制

        1-24 dB

        動態范圍

        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深的探測器光學配件和衰減器:C-mount

        內置自動衰減輪

        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

        透鏡焦距

        300mm(在632.6nm時)

        透鏡直徑

        25mm

        掃描步數(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

        機械調整

        水平角:±1.5°,垂直角:±1.5°

        電纜長度

        3米



        三、實驗測試

        微信圖片_20210926092201.jpg



        1、操作步驟:


         (1)M2光束質量分析儀兩個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十字線目標圖像窗口;  (4)在軟件界面上打開M2圖標,同時設定Z軸位置:選擇“Setup”,接下來設置“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,調整一下曝光,Filter Wheel界面一般選擇ND500(測試時主要根據光束調整這三項參數);  (6)點擊Start圖標,開始測試;  (7)測試完成后,點擊homing圖標,電機返回原位置。  
         2,測試結果:  
         (1)1064nm皮秒脈沖激光器測試結果


        微信圖片_20210926092221.jpg




        (2)633nm TLD 窄線寬激光器測試結果

        微信圖片_20210926092243.jpg



        (3)852nm DFB激光器測試結果


        微信圖片_20210926092302.jpg



        3,測試結論


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



        四、相關產品鏈接


        產品

        圖形

        描述

        鏈接

        M2 Beam On U3光束質量分析儀

        用于測試M2,束腰長度,

        束腰位置,瑞利長度等光束質量參數

        http://www.ljdk.net/?a=cp3&id=598

        633nm TLD 窄線寬激光器

        2020081110_25189901171366741.jpg

        輸出功率高,窄線寬,14引腳封裝,

        內置PD和TEC

        http://ld-pd.com/?a=cp3&id=148

        852nm DFB 激光器

        2020081716_281646722310415849 (1).jpg

        高輸出功率,線寬<2MHz,14引腳封裝,

        內置PD和TEC

        http://ld-pd.com/?a=cp3&id=346

        1064nm DFB激光器

        2020072119_0457424180126146126.jpg

        高輸出功率,線寬<2MHz,14引腳封裝,

        內置PD和TEC

        http://ld-pd.com/?a=cp3&id=232

        VIR-NIR1600高效脈沖激光熒光顯示卡

        本激光磷光顯示產品可顯示UV,

        VISIBLE 和IR激光光束,安全可靠,性能優良,

        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、

        輪廓顯現、定位的難度。

        http://www.ljdk.net/?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是一個信用卡大小的探測卡,

        用于觀察790到840 nm、870到1070 nm、1500到1600 nm波長范圍內的光。

        這些觀察卡是由耐用的塑料卡制作而成,感光區粘于其前表面

        ,可輕松對近紅外光(NIR)及其焦點進行定位。

        http://www.ljdk.net/?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過預對準,

        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.ljdk.net/?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;

        根據波長不同,準直光束直徑從0.63 mm到4.05 mm

        http://www.ljdk.net/?a=cp3&id=118





















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