激光光束质量的重要性与测量仪的作用
在当今的激光技术领域，激光光束质量的精确测量与分析对于众多应用场景至关重要。激光光束测量仪作为核心检测设备，在其中发挥着不可替代的作用。
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激光光束测量仪的原理
激光光束测量仪的原理主要分为两种：CCD成像和扫描法。其中，扫描法是通过利用狭缝、微孔、刀口等方法对光斑进行快速扫描，以测量其大小。同时，配合运动机构在光束传播的不同距离上进行光斑大小的测量，再经过理论计算反演出光束质量M2的数值。
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光斑相关概念与参数
光斑圆度光斑圆度指的是光斑的拟合曲线与正圆的接近程度。其计算方法多种多样，不过在不同的表示方式下，圆度越接近100%，光斑就越趋近于正圆形。
光束质量M2激光作为高斯光束，在传输过程中存在一处光斑为最小，即“束腰”，其对应的大小为束腰大小。此后光斑逐渐发散，便引入“发散角”的概念。光束质量M2的计算方法为：[M^{2}=\frac{4\lambda}{\pi D_{0}\Theta}]其中，(\lambda)为激光中心波长，(D_{0})为束腰光斑直径，(\Theta)为激光远场发散角。理想情况下，激光的光束质量M2标准值为1，而在实际中，对于工业级飞秒激光器，一般要求光斑圆度在95%以上，光束质量参量之一的M2在1.2以下。
光斑直径的定义方法
**FWHM（Full width at Half maximum）**最大强度50%位置，功率占比约为76%。半高全宽FWHM定义为光强下降到其峰值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两点间实际距离即为该光束的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(2\omega)。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(2\omega)满足一定关系。
D4σ利用激光光斑强度信息，计算强度分布函数的二阶矩得到直径。D4σ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，适用于任意光斑，被广泛应用。对于基模高斯光束，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），其D4σ值具有特定的计算方式。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有明显差异。
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在使用CCD或CMOS传感器等阵列传感器时，需确保直径内至少有10个像素，探测尺寸为3倍光束直径，并且在测量前务必去除背景噪音。
光束轮廓测量方法
刀口法使用刀口扫描光束，同时用光电二极管测量通过的光功率。首先测出全部的光束功率，然后逐渐用刀口切过光束，测出84%和16%光强对应的位置，两位置的间距的两倍等于1/e²直径。刀口法装置和算法相对简单，但只能测量（圆形）高斯光束直径，且不能测量强度轮廓。
扫描狭缝光束分析仪该分析仪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，从而可算出光束直径和强度轮廓。其优势是能承受高功率，工作范围覆盖UV到MIR波长，但一般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。
光束相机能测量任意光束轮廓，但由于高灵敏传感芯片，可能需要衰减以防止饱和甚至损坏仪器，测量时要做背景光补偿。为计算强度轮廓，每个像素的电流根据三维坐标系统处理，光束直径根据ISO11146推荐的D4σ方法计算。利用CCD相机可以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，并通过电脑软件进行数据分析。它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。但相机本身不能承受高强度的激光照射，需要将高功率的激光光束先衰减到微瓦量级才能照射到相机靶面上，且不能让探测器工作在饱和状态。
景颐光电大口径光束测量仪的特点与应用
其典型应用广泛，涵盖激光器光斑测量、激光光斑模式缺陷检测、准直器光斑检测、光纤对准耦合分析、光学器件质量检查、外光路准直等多个领域，为激光技术的发展和应用提供了有力的支持。
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