鐳射光束分析儀

即時分析

在光學領域，雷射光束強度分析是一個很重要的技術。獲得鐳射聚焦後的精確的強度分佈在很多應用上是至關重要的，例如流式細胞術、鐳射印刷、醫療鐳射、鐳射切割，這只是幾個例子。強度分佈測量可以表徵和改善產品或生產過程,這可以節省大量的時間和降低成本。如果您曾經使用過一個傳統的XY平面分析器測量和調整聚焦雷射光束,那麼你就知道這個過程要花費大量的時間。測量一次,將分析器沿著z軸移動一次, 在第二平面上再次進行測量,估計焦點位置,再沿著Z軸調整分析儀,再次測量…既耗時又辛苦、複雜。本白皮書描述獨特的授權的即時的多個z平面XYZΘΦ功能的雷射光束M平方狹縫掃描分析器，並將介紹它是如何提高速度和簡化光路准直的。

BeamMap2多平面縫隙掃描雷射光束分析

標準的狹縫掃描是通過改變位於檢測器之前的XY方向的狹縫。帶有USB 2.0埠驅動的BeamMap2,有多個位於不同Z平面的狹縫的轉盤,可以測量多個Z平面的XY強度分佈，計算直徑和中心實現即時測定和調整:
● 焦點的位置精度達到μm
● M平方
● 鐳射束髮散度與指向

緊湊(2.65 " x 2.65 " x 2.4 "),BeamMap2是少見的商用多平面雷射光束強度分析探頭。下圖是BeamMap2配套軟體DataRay的一個螢幕截圖。在這裡你可以看到可以同時得到四個不同的z位置處的雷射光束強度分佈。軟體上顯示的是這束光焦點的X,Y,和Z座標和M2為1.47。

測量與准直聚焦雷射光束
在准直和聚焦之前，激雷射光束…
…可能不是聚焦在z = 0處。
…可能位置和角度沒有准直。
…可能既不滿足束腰直徑也不滿足光密度規格。
…可能M2大於說明規格。

對於單個z平面測量的儀器,找到焦點的位置是一個令人頭痛的過程。將不同的元件組對到同一個焦點處很費時。如果元件組調整不正確出現問題,你沒有任何頭緒。這個BeamMap2使您能夠測量和糾正這些雷射光束的焦點，使誤差達到μm精度。

如果這些平面位於焦點位置附近,即不在焦點處,BeamMap2可以:
● 測量軸向錯位(指向)。
● 顯示當前的焦點座標X,Y和Z。
● 估計焦點處的束腰直徑。
● 估計M2和/或鐳射束髮散度。
● 實現以上參數的即時測量，刷新速率為5Hz

當束腰定位接近“零”測量平面,這些估計成為測量:
● 焦點Z座標值。
● XY座標值和指向角。
● 束腰直徑和輻照度。
● M2雷射光束品質和/或鐳射束髮散度。

…有亞微米的可重複性,
…關於BeamMap2軸或一個用戶自訂參考。

使用BeamMap2進行測量

除了顯示輪廓和直徑,軟體做一些具體的計算,通過點工具列中的M2按鈕。軟體執行最小二乘法雙曲線擬合數據。
● 藍色點和線為u軸(通常x)直徑。紫色線是v軸(通常y)直徑。
● 水準尺規對分析儀頭的平面間隔進行過歸一化
● 垂直尺規對測量最大值的80%進行過歸一化
● 水平面的中心對應的是分析儀頭部的‘0’面。
顯示兩個軸的結果有:
● M^2:無量綱,當等於1.0時，為一個完美的TEM00高斯雷射光束,> 1.0時，為不完美的雷射光束和高階雷射光束。
● 2Wo:μm,最小測量束腰直徑
● Zo:μm,束腰相對於零平面的Z值。
● Zr:μm,雷射光束的瑞利範圍
● Pt:mr,相對於頭部的指向角,有時稱為目標或瞄準線。
● φ:mr,雷射光束遠場發散,Φ
● NA:無量綱,雷射光束遠場數值孔徑

計算Z軸的Zo/Zr ,顯示在一個顏色條中。為了精確計算，要調整雷射光束或儀器的z軸位置直到比率顯示在綠色條中,表明Zo/Zr< 0.20。(即2Wo在標稱值的2%範圍內)。它變成黃色,對於高比率變成紅色。這使得簡單的視覺就能辨認雷射光束是否正確聚焦。

聚焦/ 束腰准直&優化
儀器或雷射光束沿著Z軸移動直到束腰接近‘0’平面(當Zo/Zr變成綠色)。這是一個非常簡單的過程。看視頻:即時調整激雷射光束腰。

  
生產中的鐳射准直
在應用中,如鐳射列印、流式細胞術、光開關和其他鐳射元件,使用BeamMap2為多個元器件放在相同的束腰直徑、XYZ、指向節約大量的時間和成本。
分析儀頭首先對齊參考(“黃金”)元件組，給出測量值。剩下的儀器頭放在同意焦點處，並得到同樣的結果。產品的軟體設置包括通過/失敗和用顏色編碼的結果,加上簡單,清晰,屏顯。

難以接近的束腰

對於難以接近的束腰，如波導切面和光纖的鏡面端面,DataRay提供了一個由背對背精密玻璃非球面鏡組成的LensPlate2，可以將束腰成像到BeamMap2上。

遠場發散&指向
散度函數執行一個最小二乘直線擬合雷射光束直徑和質心值與測量平面,確定角發散和雷射光束的指向(也稱為目標或瞄準線)。這個未加權的擬合假定光直線發散,相比於焦點附近三個瑞利長度，它更適用於遠場。
結果以數值孔徑和全形發散度顯示出來。如果太靠近焦點，結果將不正確。

M2雷射光束品質&發散
BeamMap2可以實現即時測量M2。5Hz的刷新率允許即時准直和調整雷射光束實現想得到的M2值雷射光束。BeamMap2符合對M2測量的技術要求,這也是對束腰直徑和遠場發散的精確測量。特別是,BeamMap2對不同鐳射元件之間的相對M2值可以實現非常好的感覺,。
實踐中,需要沿著Z軸調整雷射光束或儀器頭直到Zo/Zr變綠。雙曲線擬合是基於零平面測量的雷射光束直徑2Wo和在其他三個直徑測量值。
Zo, Zr, Phi & NA源自于雙曲擬合。M2是來自2Wo 和Phi。數值即時顯示。

BeamMap2配置,選擇&技術
根據需要解決的問題，可選擇不同的BeamMap2頭以適應雷射光束的直徑和波長:
● 主平面間距,s,可選擇50、100、250、500或750μm
● 對於束腰半徑為幾百微米的雷射光束，5mm可調節空間 BeamMap2 ColliMate。
● 矽、砷化銦鎵或砷化銦鎵的衍生探測器,紫外到2500nm。
● 寬度為2.5或5.0μm 的2D™狹縫對, KE模式25或50μm。見附錄一。

DataRay可以指定適當的探頭通過運行一個簡單的Excel試算表(下圖)基於束腰半徑和波長範圍。

細雷射光束的刀口(KE)模式
為雷射光束(幾微米)所設計的BeamMap2配置包括支援KE模式的寬狹縫。當雷射光束直徑遠小於寬狹縫的寬度,軟體自動顯示和分析從前一個狹縫開始積分的功率曲線。預設雷射光束是高斯型，顯示2 w值,一般適用於非常小的雷射光束。

BeamMap2軟體介面
許多結果可以輸出到Excel,文字檔,畫圖工具,或剪貼板中。
DataRay支援從其他軟體中操作BeamMap2。 具體的文檔和示例代碼是用於主動Active X介面:
● Visual Studio C + +
● Labview
● Visual Basic
想瞭解更多請查看我們的軟體支援頁面。
多平面雷射光束分析速度發展和生產
一旦你使用過BeamMap2,你不會再想使用傳統的單一平面雷射光束分析器。獨特的,授權的BeamMap2簡化了傳統的鐳射准直。可以毫不費力的將一個BeamMap2加入到光路中,且關於雷射光束聚焦和對齊會有即時指導。在精確聚焦之前,BeamMap2將測量雷射光束指向,指明當前的焦點方向,估計束腰直徑,即時估計M2和/或鐳射束髮散度。然後,系統會引導你將雷射光束聚焦在需要即時圖像和彩色編碼回饋的地方(調整直到你看到綠色)。在這個時間點,所有測量的數值都是精確的。

無論你需要什麼樣的雷射光束,甚至直徑幾微米的雷射光束,BeamMap2仍然可以測量。矽、砷化銦鎵、砷化銦鎵延伸探測器覆蓋了紫外線到2500 nm波段。

你可以使用我們提供的軟體或將我們的設備到您自己的測試軟體環境。

BeamMap2會加速即時檢測雷射光束聚焦和准直誤差和同一個焦點的多個元件組的設置。

登陸我們的網站www.dataray.com或聯繫sales@dataray.com獲取更多資訊。

附錄A:True-2D™狹縫
DataRay開發了特定的優化的狹縫用於BeamMap2可以測量的低瑞利範圍小雷射光束,。標準的狹縫掃描的傳統 ‘空氣’狹縫在z方向厚度達到12.5或25毫米, 最佳可用或達到6毫米厚。對於一個聚焦雷射光束,它們更像部分反射隧道而不是二維縫。這降低了焦點的精度。
fig13

True2D™狹縫是利用光平板印刷術在半導體拋光藍寶石基板鍍上多個不透明層
。總厚度約為 0.4微米,比最好的空氣縫隙要薄一個數量級。藍寶石襯底的良好的導熱性能能夠實現對高功率密度的聚焦雷射光束進行準確的分析。