M2光束质量分析仪实验测试分享 - 筱晓光子

光束质量因子M2较科学合理地描述了激光束质量，并由国际标准组织(ISO)采纳。M2克服了常用的光束质量评价方法的局限，对激光光束的评价具有重要意义。

M2因子被称为激光光束质量因子或衍射极限因子，是用来衡量激光光束的光束质量常用的参数。定义为：

对于理想高斯光束，有M2=1，光束质量佳。实际光束M2均大于1，表征了光束衍射极限的倍数。光束质量因子M2表示为：

2、聚焦光束法测量光束质量M2因子

   对于激光器由于自身性能的不同，激光的真实的束腰位置会出现在激光器的内部或者激光器出射的前端，这对于测量产生了不便。针对这个问题国际上提出了聚集光束测量法。

利用无像差的透镜来模拟激光光束束腰，然后通过无像差透镜的性质得到激光真实束腰的参数信息如下图所示：

激光通过透镜1再成像，光线迅速会聚，会聚的大约位置在透镜焦距f处（但不是绝对），然后又继续发散，这样在近焦距的位置上就得到了人工的光束束腰，这样就解决了对原始激光束腰不定，无法测量的缺点。通过对在成像方的激光光路的切片式测量，就可以得到透镜后的激光的相关参数，然后通过透镜变化公式就可以得到真实激光的参数信息。

（2）f为透镜的焦距；  （3）d’σ0、Z’0、Z’R分别是通过透镜变换后的高斯光束的腰斑直径，腰斑到透镜的距离及瑞利长度（通过测量数据进行拟合并计算得到的）。  

3、M2参数解释

实际光束的X方向束腰位置和Y方向束腰位置大多在不同位置，X方向上的发散角和Y方向上的发散角也大小不同，所以光束质量因子M2分为M X 2和MY2，针对某一方向都有响应的光斑中心，光斑直径，激光发散角，瑞利长度等参数。

（1）光束发散角θ：激光束在腰部最细，随着离腰部距离的逐渐增大，光束的有效截面逐渐变粗，也就是激光束具有一定的发散性质，发散程度用发散角θ表示；  （2）光束束腰D0：光束束宽最小处即为光束束腰D0，其位置为Z0；  
 （3）瑞利长度Zr：激光光束的横截面积变为束腰处的2倍时，该位置与束腰之间的距离是瑞利长度。长度越长说明光斑发散的越慢，激光光束质量越高；  （4）焦点深度：从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式。

二、筱晓光子M2 Beam U3光束质量分析仪介绍

我们公司的产品是DUMA公司最新版本的M2光束质量分析仪。主要由带滤光轮的Beam On U3和带无像差透镜的移动平台组成，通过采集多个测量面实现对M²因子的测量，整体准确度保持在±5％范围内。

M2 Beam U3 是一种用于实时位置，功率和光束轮廓检测的光束诊断测量系统。可以测量连续激光和脉冲激光，光谱范围覆盖350nm-1600nm它提供了非常直观的图形表示和分析激光束各种参数的能力，包括M2，光束发散角，束腰宽度及位置，瑞利长度及焦点深度等参数满足用户对光束质量参数的需求。同时是USB3.0设备级别的软件驱动设备，驻留在用户的主机，实现数据快速传输以及便捷使用。

产品特点：

• 光谱范围覆盖350-1600nm

• 可检测连续激光及脉冲激光

• USB3.0快速数据传输接口，即插即用，方便快捷

• 可实现高低功率激光的检测

• 软件设置，直接读取 M2各种参数，简单高效

1、产品性能参数：

Beam On U3

2、扫描附件

输入光束

扫描装配附件

整机

三、实验测试

 （1）M2光束质量分析仪两个USB接口连接电脑，打开软件；  （2）安装激光器，光纤输出接口接到准直器上。同时准直器离M2透镜最好有1米以上的距离，打开激光器；  （3）对齐光束（可以用热感应卡或激光显示卡来辅助对光），在软件上观察激光光束非常接近X&Y十字线目标图像窗口；  （4）在软件界面上打开M2图标，同时设定Z轴位置:选择“Setup",接下来设置“Start Position"为0mm, “Stop Position"为280mm,“Step"为2mm；  （5）右下角Control界面一般Gain选择5-10左右，调整一下曝光，Filter Wheel界面一般选择ND500（测试时主要根据光束调整这三项参数）；  （6）点击Start图标，开始测试；  （7）测试完成后，点击homing图标，电机返回原位置。  
 2，测试结果：  
 （1）1064nm皮秒脉冲激光器测试结果

（2）633nm TLD 窄线宽激光器测试结果

（3）852nm DFB激光器测试结果

3，测试结论

通过测试，可以看出利用我们的M2光束质量分析仪，能方便快捷的直接测试读取M2 的数据，主要包括M2因子，瑞利长度发散角以及束腰参数等数据。整体准确度保持在±5％范围内，满足用户对光束质量参数的需求。可以广泛的用于激光加工，生物医学，激光制造等领域。

四、相关产品链接