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M2光束质量分析仪实验测试分享 - 筱晓光子

发布时间:2022-03-14      点击次数:361

M2测试原理




1、M2光束质量因子


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:



微信图片_20210926092118.jpg





式中D0为实际光束束腰宽度,θ为光束远场发散角。M2参数同时包含了远场和近场特性,能够综合描述光束的品质,且具有通过理想介质传输变换时不变的重要性质。由上式可知,对激光光束因子M2的测量,归结为光束束腰宽度D0和光束远场发散角θ的测量。


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。




(1)dσ0、Z0、ZR分别是激光器的腰斑直径,腰斑到透镜的距离及瑞利长度;

(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

激光类型
连续或脉冲
束宽分辨率

≤ 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),传感器可分为多个活动区域,并行工作多达400个扇区(新)

增益控制

1-24 dB

动态范围

60 dB, 12 bit

快门速度

39 μs-20 s

帧速

快变模式(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

软件;硬件(外部触发信号)

曝光控制

通过GUI编程

配件

①近红外衰减器;② SAM3-C;③ RDC;④ C-Mount衰减器

供电要求

~2 W(通过USB3.0接口)

尺寸(L x W x H)

64 x 46 x 73.5mm

重量(标准值)

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)

机械接口

后安装:2个同心相对8-32 UNC 6mm深的探测器光学配件和衰减器:C-mount

内置自动衰减轮

衰减器器:ND8、ND200、ND1000,一个空置


2、扫描附件


输入光束

M2光束质量分析仪型号

M2 Beam U3 VIS-NIR

M2 Beam U3 IR-1310

光谱范围

350 nm to 1600 nm

350-1310 nm

光束尺寸

直径15mm,带透镜

直径15mm,带透镜

最大发散角

10 mrad(不带透镜)

10 mrad(不带透镜)

束腰到透镜的距离

2.0~2.5米最佳,最小2米

2.0~2.5米最佳,最小2米


扫描装配附件

材质

透镜焦距

300mm(在632.6nm时)

透镜直径

25mm

扫描步数(最大)

1400

最小步长

200um

扫描长度

280mm


整机

重量

2.5kg(不包括光束质量分析仪传感器头)

尺寸

100 X 173 X 415 mm

安装托架

M6或1/4"螺钉固定

机械调整

水平角:±1.5°,垂直角:±1.5°

电缆长度

3米



三、实验测试



1、操作步骤:


 (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


产品

图形

描述

链接

M2 Beam On U3光束质量分析仪

用于测试M2,束腰长度,

束腰位置,瑞利长度等光束质量参数

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=598

633nm TLD 窄线宽激光器

2020081110_25189901171366741.jpg

输出功率高,窄线宽,14引脚封装,

内置PD和TEC

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

852nm DFB 激光器

2020081716_281646722310415849 (1).jpg

高输出功率,线宽<2MHz,14引脚封装,

内置PD和TEC

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

1064nm DFB激光器

2020072119_0457424180126146126.jpg

高输出功率,线宽<2MHz,14引脚封装,

内置PD和TEC

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

VIR-NIR1600高效脉冲激光荧光显示卡

本激光磷光显示产品可显示UV,

VISIBLE 和IR激光光束,安全可靠,性能优良,

不可见光打到上面也可看到光束,降低了不可见光的光束呈现、

轮廓显现、定位的难度。

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=90

红外(IR)激光探测卡(板)/

红外光显示卡(半透半反式)

HCP-IR-1201是一个yinhang卡大小的探测卡,

用于观察790到840 nm、870到1070 nm、1500到1600 nm波长范围内的光。

这些观察卡是由耐用的塑料卡制作而成,感光区粘于其前表面

,可轻松对近红外光(NIR)及其焦点进行定位。

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=91

FC/APC小光斑光纤准直器

筱晓光子的光纤准直器经过预对准,

用于准直从FC/APC接头光纤出射的光,并具有限制衍射的性能。

我们的准直器比市面上Lightpath或者Thorlabs具有更小的插入损耗,

更强的准直能力。

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=188

FC/APC光纤准直器

光纤准直器,带FC/APC接头(2.2 mm宽键),用于单模跳线;

对准波长从405 nm到4.55 µm;

根据波长不同,准直光束直径从0.63 mm到4.05 mm

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=118