激光光束分析仪(Laser Beam analysis)
除了激光功率 / 能量外,激光在传输方向横截面的强度分布以及激光的传输特性,也是激光器应用中决定性的因素:绝大多数应用需要根据激光的传输特性(M2 )来设计光路;定量科学实验和高品质激光加工都需要实际测量激光焦点的分布。同时,很多激光器在使用中,泵浦源或光学器件衰减首先体现在激光光斑的变化上,定期测试激光光斑有助于提前发现衰减倾向,及早维护,降低维护成本、缩短停机时间,预防激光器性能突变导致产线灾害。激光的截面强度分布的测量(光斑分析)通常采用光束分析仪,而传输特性通常用 M2 表征,由 M2 测试仪按照 ISO 标准进行测量。
Spiricon 公司是业内久负盛名的激光光束分析仪和 M2 生产厂家,自上世纪十年代末开始研发提供激光光束品质分析仪,并参与制定了光斑测量的ISO11146-3 标准。产品种类覆盖 CCD 相机式光束分析仪、InGaAs 面阵相机光束分析仪、热释电晶体面阵光束分析仪、狭缝扫描式光束分析仪、全自动M2 测量仪、高功率激光聚焦测试仪等,波长覆盖 13nm ~ 3000μm,广泛应用于激光器制造、激光精密加工、光通讯、太赫弦、激光科学研究等领域。Spiricon 公司 2006年加入 OPHIR 集团,使后者成为激光测量全系解决方案的供应商。
![Phosphor Coating Cameras-1.jpg Phosphor Coating Cameras-1.jpg](https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/b0e2f9a7-caa1-4271-9cc1-d56d4d862b8c.jpg)
相机式光束分析仪采用二维阵列光电传感器, 直接将辐照在传感器上的光斑分布转换成图像, 传输至电脑并进行分析。相机式光斑分析 仪是目前使用最多的光斑分析仪,可以测试连续激光、脉冲激光、单个脉冲激光,可实时监控激光光斑的变化。
完整的光束分析系统由三部分构成:
• 相机
相机确定了可测量的波长范围:硅基 CCD 相机通常为 190nm ~ 1100nm;InGaAs 面阵相机通常为 900 ~ 1700nm;热释电面阵相机则可覆盖 13 ~ 355nm 及 1.06 ~ 3000μm。相机的芯片尺寸决定了能够测量的光斑的最大尺寸,而像素尺寸则决定了能够测量的最小光斑尺寸;通常需 要 10 个像素体现—个光斑完整的信息。
• 光束分析软件
软件除了采集数据并按照各种数学模型进行分析计算外,更为重要的是确保光束分析计量的准确性。Spricon 公司采用 Ultra CALTM 技术扣除 相机的起伏背景,确保在各种强度下得到的光斑都具备定量准确性;丰富的光斑识别、手动及自动选区功能,避免光斑品质计算中引入过大 误差甚至出现伪结果:例如对多模(多瓣)光束的自动分析。
• 附件
几乎所有的激光器的强度都超过相机的饱和强度甚至损伤國值,高品质的衰减附件可确保在保持光束品质的情况下衰减强度;扩束、缩束、放大、 投影成像等高品质成像系统使得尺寸—定的传感器可以适应不同的光斑。
硅基CCD 相机
主要特点
• 相应灵敏度高
• 不同感光面尺寸可供选择
• USB2.0/USB3.0/ Gigbit Ethernet 三种接口方式
• C-Mount 接口,可选择衰减片、分光片等多种附件
主要应用领域
• 半导体/ 光纤等激光器光斑分析
• 激光加工设备
• 生物医疗激光分析等
相机型号 | SP300 | SP928 | LT665 | L11059 |
波长范围 | 190-1100nm | 190-1100nm | 190-1100nm | 190-1100nm |
芯片尺寸 | 7.1mmX5.3mm | 12.5X10mm | 35mmX24mm |
像元大小 | 4.4μm X4.4μm | 4.54μmX 4.54μm | 9.0μm X9.0μm |
分辨率 | 1928X1448 | 1928X1448 | 2752X2192 | 4008X2672 |
动态范围 | 56dB | 56 dB | 54 dB | 59 dB |
灵敏度 | 1.2nW/cm2 | 1.2nW/cm2 | 0.3nW/cm2 | 0.17nW/cm2 |
损伤國值 | 50W/cm2 、0.1J/cm2 (< 100ns ) | 0.15mw/cm2 |
软件配置 | BeamGage Pro |
接口方式 | USB3.0 | USB3.0 | USB3.0 | USB2.0 |
特点 | 通用 / 高动态 范围 | 高动态范围 / GigaE | 大面阵 / 高分辨率 | 超大面阵 |
镀磷光材料 CCD 相机
硅材料 CCD 相机的长波截止波长为 1100nm (对于较强的光可响应至 1300nm ) 。通过在芯片表面镀上转换磷光材料,能够探测光通讯广泛使 用的 1550nm 左右激光
![](https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/a089a8bc-7f0b-48c5-8917-ffedb1d10a70.jpg)
主要特点
反斯托克斯磷层吸收1440-1605nm 近红外光,进而产生的可见光在硅基芯片上进行成像。
主要应用领域
光通讯,OPO 激光等。
相机型号 主要参数 | SP928-1550 | LT665-1550 |
波长范围 | 1440-1605nm | 1440-1605nm |
芯片尺寸 | 7.1mm根5.3mm | 12.5mm根10mm |
像元大小 | 4.4μm 根4.4μm | 4.54μm 根4.54μm |
分辨率 | 1440根1605 | 2752根2192 |
动态范围 | 30 dB | 30 dB |
灵敏度 | 50μW/cm2 |
损伤國值 | 50W/cm2 、0.1J/cm2 (< 100ns ) |
软件配置 | BeamGage STD or PRO |
接口方式 | USB3.0 |
红外信号上转换至可见光信号的过程是非线性的,也即针对这类镀磷的相机,芯片感测到的信号并不正比于输入的红外光强信号。Spiricon基于大量的实验测量了转换效率的非线性特性,研究了校正算法并将这一算法植入BeamGage 软件中,确保软件的到的结果真实可靠。
![](https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/8d621eff-949e-4853-85e9-2f2da957c1b2.jpg)
近红外 InGaAs 相机
![](https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/da593003-8b33-4b0f-b740-3fb10f67de11.jpg) | ![](https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/c3640271-74e6-442c-9418-ad9a321dd3b7.jpg) |
XC-130 | SP1201/1203 |
主要特点:
量子效率高, 暗电流小, 灵敏度高, 爆光时间范围宽。
主要应用领域:
空间遥感、夜视、侦察与监视、遥感系统、红外成像制导、 光电对抗等。
相机型号 | SP1203 | SP1201 | XC-130 |
波长范围 | 900 - 1700nm |
芯片尺寸 | 9.6根7.6mm |
像素大小 | 15μm 根15μm | 30μm 根30μm |
分辨率 | 640根512 | 320根256 |
动态范围 | 68dB | 59dB | 68dB( 低增益 )/ 60dB(高增益 ) |
| 12.6uW/cm2 | 12.6uW/cm2 | |
饱和强度 | @1064nm | @1064nm | 1.3uW/cm2 @ 1550nm |
| 8.9uW/cm2 | 8.9uW/cm2 | |
| @1550nm | @1550nm | |
芯片制冷
| TEC 制冷
| TEC 制冷
| TEC 制冷 |
强制散热 |
顺率 | 60Hz | 60Hz | 100Hz |
爆光时间 | 10μs - 50ms | 150μs - 10ms | 1μs - 400s |
软件配置 | BeamGage Pro | BeamGage Pro | BeamGage Pro |
接口 | GigaE | GigaE | USB2.0 |
![](https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/7400d8fe-7bca-4071-9af2-912ca7b6b808.jpg)
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