光斑测定仪的核心功能

在现代光学领域，光斑测定仪无疑是一项至关重要的检测设备。它对于精确测量激光光束的各项参数，以及深入分析激光与材料相互作用的微观过程和加工效果，都具有作用。尤其是在激光增材加工等前沿技术中，光斑测定仪更是扮演着关键角色。

 

光斑测定仪的核心功能之一

光斑测定仪的核心功能之一，便是对激光光束质量的准确测量。其中，光束质量M2仪能够有效测量激光与粉末材料作用的微小区域的光斑能量分布和光束质量，为科研和工业应用提供了有力的技术支持。目前，激光光束质量分析仪主要基于两种原理运作，即CCD成像和扫描法。

两种主要原理

CCD成像原理

CCD成像原理是通过CCD相机捕获激光光斑的强分布，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，并借助电脑软件进行数据分析。这种方法能够实时监控激光光斑的变化，适用于测试连续激光、脉冲激光以及单个脉冲激光。然而，由于相机本身对高强度激光的承受能力有限，需要将高功率的激光光束先衰减到微瓦量级，以避免探测器工作在饱和状态甚至损坏仪器。

扫描法原理

扫描法的原理则是利用狭缝、微孔、刀口等方法对光斑进行快速扫描，从而测量光斑的大小。同时，通过匹配运动机构在光束传播的不同距离上进行测量，再依据理论计算反演出M2的数值。在扫描法中，常见的有刀口法和扫描狭缝光束分析仪。

刀口法

刀口法是使用刀口扫描光束，同时利用光电二极管测量通过的光功率。首先需测出全部的光束功率，然后逐渐用刀口切过光束，通过测出84%和16%光强对应的位置，便可算出光束宽度，即两位置的间距的两倍等于1/e²直径。刀口法的装置和算法相对简单，但它仅能测量（圆形）高斯光束直径，且无法测量强度轮廓。

扫描狭缝光束分析仪

扫描狭缝光束分析仪则有一个内置两对或多对正交狭缝的转筒。转筒绕光轴旋转，使扫描狭缝穿过光路，测量的功率信号与转筒和狭缝位置相关，进而算出光束直径和强度轮廓。该方法的优势在于能承受高功率，工作范围覆盖UV到MIR波长，但一般更推荐用于近似的高斯光束，因为在测量高阶模光束时可能会丢失某些特性。

光斑参数与质量评判

在激光光束的参数中，光斑圆度和光斑大小在激光传播方向上的变化是衡量激光光束质量的重要指标。光斑圆度是指光斑的拟合曲线与正圆的接近程度，其计算方法多样，但在不同表示方法下，圆度越接近100%，光斑就越趋近于一个正圆。而光斑大小在激光传播方向上的变化决定了激光的“光束质量”。

激光的光束质量评判标准丰富多样，其中市面上广泛流传的评定指标是M2。当激光作为高斯光束传输时，在传输过程中有一处的光斑为最小光斑，即“束腰”，其对应的大小为束腰大小，此后光斑便逐渐发散。同时引入“发散角”的概念，其二者乘积存在理论最小值。经过处理后，得到光束质量M2的计算方法为：，其中λ为激光中心波长，D0为束腰光斑直径，Θ为激光远场发散角。在理想情况下，激光的光束质量M2的标准值为1，但在实际应用中，往往难以达到这一数值。以工业级飞秒激光器为例，一般要求光斑圆度在95%以上，而光束质量参量之一的M2在1.2以下。

光斑直径的定义方法

对于光斑直径的定义，常用的方法主要有以下三种：

FWHM（Full width at Half maximum）：即最大强度50%位置处，功率占比约为76%。半高全宽FWHM定义为光强度下降到其峰值的一半时所对应横坐标两点之间的距离，按照此标准测量出的实际距离称为该光束的FWHM值。

1/e²：光强度降为峰值光强的1/e²（13.5％）时对应的光束直径为2ω，这便是1/e²（13.5％）值的由来。从高斯光束光强分布方程可知，FWHM定义下的光束直径和1/e²定义下的光束直径2ω满足一定关系。

D4σ：它是基于光强度分布I(x, y)的二阶矩，也是ISO11146国际标准推荐使用的方法。D4σ表示-2σ到2σ间的距离，σ值为沿x、y轴光强分布的标准差（也叫二阶中心矩）。对于基模高斯光束，其D4σ值具有特定的计算方式。需要注意的是，在1/e²定义下的光束测量直径和D4σ定义下的测量直径对于基模高斯光束是完全相同的，但对于其他非高斯光束，这两种定义得到的计算结果可能存在明显差异。

在实际测量中，若使用CCD或CMOS传感器等阵列传感器须确保直径内至少有10个像素，并探测尺寸为3倍光束直径，并且在测量之前务必去除背景噪音。

景颐光电的光斑测定仪产品介绍

值得一提的是，景颐光电自主研发的光斑测定仪在市场上具有显著优势，该分析仪可实现激光光斑检测及测试应用，并对激光光束的大小、形状和能量分布等参数进行全面的测试和分析。它不仅能够为客户提供定制光束质量分析一体化设计解决方案，还支持多应用开发，可根据客户不同需求进行模块化定制。其适用范围广泛，涵盖了半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、超快激光器、激光测距等多个领域。

景颐光电的光斑测定仪具有高性价比的特点，能够代替进口激光光束质量分析仪，为用户提供良好的产品和服务。该产品像素大小为2.9x2.9μm，光斑检测直径范围为29μm~4.4mm，标配衰减片，方便操作，同时还可选更高功率衰减配置，功率范围可达1000W。此外，它还支持手动和自动实时曝光及增益调节，具有多种主要测量功能，如光斑直径（长轴/短轴，X/Y方向)、椭圆度、高斯拟合度、能量分布、光束位置、发散角、Pass/Fail设置等。

景颐光电的光斑测定仪应用场景

在显示方面，景颐光电的光斑测定仪能够以高速度、高分辨率显示2D和3D伪彩色光束轮廓，实时进行光斑的伪彩色2D显示、长短轴的高斯曲线显示。它还支持控制相机的曝光、增益和分辨率，支持参数的统计分析，能够记录和导出参数，或者生成报告，读取光斑图片并测量参数，具备多选择的图片保存功能，支持USB3.0接口，图形化界面易上手，可自由设置，并且可定制拓展功能。

例如，在激光器光斑测量中，景颐光电的光斑测定仪能够准确测量光斑的各项参数，为激光器的性能优化提供重要依据；在激光光斑模式缺陷检测中，它可以快速准确地检测出光斑模式中的缺陷，帮助用户及时发现问题并进行解决；在准直器光斑检测中，能够确保准直器的光斑质量符合要求，提高光学系统的性能；在光纤对准耦合分析中，有助于实现光纤精确对准和高效耦合，提高光信号的传输效率；在光学器件质量检查中，可对光学器件的光斑质量进行检测，保证光学器件的质量；在外光路准直等应用中，也能够发挥重要作用，确保外光路的准直精度。

 

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