實(shí)時(shí)分析
在光學(xué)領(lǐng)域，激光束強(qiáng)度分析是一個(gè)很重要的技術(shù)。獲得激光聚焦后的精確的強(qiáng)度分布在很多應(yīng)用上是至關(guān)重要的，例如流式細(xì)胞術(shù)、激光印刷、醫(yī)療激光、激光切割，這只是幾個(gè)例子。強(qiáng)度分布測(cè)量可以表征和改善產(chǎn)品或生產(chǎn)過(guò)程,這可以節(jié)省大量的時(shí)間和降低成本。如果您曾經(jīng)使用過(guò)一個(gè)傳統(tǒng)的XY平面分析器測(cè)量和調(diào)整聚焦激光束,那么你就知道這個(gè)過(guò)程要花費(fèi)大量的時(shí)間。測(cè)量一次,將分析器沿著z軸移動(dòng)一次, 在第二平面上再次進(jìn)行測(cè)量,估計(jì)焦點(diǎn)位置,再沿著Z軸調(diào)整分析儀,再次測(cè)量…既耗時(shí)又辛苦、復(fù)雜。本白皮書描述*的*的實(shí)時(shí)的多個(gè)z平面XYZΘΦ功能的激光束M平方狹縫掃描分析器，并將介紹它是如何提高速度和簡(jiǎn)化光路準(zhǔn)直的。
BeamMapTM2多平面縫隙掃描激光束分析
標(biāo)準(zhǔn)的狹縫掃描是通過(guò)改變位于檢測(cè)器之前的XY方向的狹縫。帶有USB 2.0端口驅(qū)動(dòng)的BeamMap2,有多個(gè)位于不同Z平面的狹縫的轉(zhuǎn)盤,可以測(cè)量多個(gè)Z平面的XY強(qiáng)度分布，計(jì)算直徑和中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定和調(diào)整:
● 焦點(diǎn)的位置精度達(dá)到μm
● M平方
● 激光束發(fā)散度與指向
緊湊(2.65 " x 2.65 " x 2.4 "),獲得的BeamMap2是的商用多平面激光束強(qiáng)度分析探頭。下圖是BeamMap2配套軟件DataRay的一個(gè)屏幕截圖。在這里你可以看到可以同時(shí)得到四個(gè)不同的z位置處的激光束強(qiáng)度分布。軟件上顯示的是這束光焦點(diǎn)的X,Y,和Z坐標(biāo)和M2為1.47。
測(cè)量與準(zhǔn)直聚焦激光束
在準(zhǔn)直和聚焦之前，激激光束…
…可能不是聚焦在z = 0處。
…可能位置和角度沒有準(zhǔn)直。
…可能既不滿足束腰直徑也不滿足光密度規(guī)格。
…可能M2大于說(shuō)明規(guī)格。
對(duì)于單個(gè)z平面測(cè)量的儀器,找到焦點(diǎn)的位置是一個(gè)令人頭痛的過(guò)程。將不同的元件組對(duì)到同一個(gè)焦點(diǎn)處很費(fèi)時(shí)。如果元件組調(diào)整不正確出現(xiàn)問(wèn)題,你沒有任何頭緒。這個(gè)BeamMap2使您能夠測(cè)量和糾正這些激光束的焦點(diǎn)，使誤差達(dá)到μm精度。
如果這些平面位于焦點(diǎn)位置附近,即不在焦點(diǎn)處,BeamMap2可以:
● 測(cè)量軸向錯(cuò)位(指向)。
● 顯示當(dāng)前的焦點(diǎn)坐標(biāo)X,Y和Z。
● 估計(jì)焦點(diǎn)處的束腰直徑。
● 估計(jì)M2和/或激光束發(fā)散度。
● 實(shí)現(xiàn)以上參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，刷新速率為5Hz
當(dāng)束腰定位接近“零”測(cè)量平面,這些估計(jì)成為測(cè)量:
·焦點(diǎn)Z坐標(biāo)值。
·XY坐標(biāo)值和指向角。
·束腰直徑和輻照度。
·M2激光束質(zhì)量和/或激光束發(fā)散度。
…有亞微米的可重復(fù)性,
…關(guān)于BeamMap2軸或一個(gè)用戶自定義參考。
使用BeamMap2進(jìn)行測(cè)量
除了顯示輪廓和直徑,軟件做一些具體的計(jì)算,通過(guò)點(diǎn)工具欄中的M2按鈕。軟件執(zhí)行小二乘法雙曲線擬合數(shù)據(jù)。
● 藍(lán)色點(diǎn)和線為u軸(通常x)直徑。紫色線是v軸(通常y)直徑。
● 水平標(biāo)尺對(duì)分析儀頭的平面間隔進(jìn)行過(guò)歸一化
● 垂直標(biāo)尺對(duì)測(cè)量大值的80%進(jìn)行過(guò)歸一化
● 水平面的中心對(duì)應(yīng)的是分析儀頭部的‘0’面。
顯示兩個(gè)軸的結(jié)果有:
● M^2:無(wú)量綱,當(dāng)?shù)扔?.0時(shí)，為一個(gè)完美的TEM00高斯激光束,> 1.0時(shí)，為不完美的激光束和高階激光束
● 2Wo:μm,小測(cè)量束腰直徑
● Zo:μm,束腰相對(duì)于零平面的Z值。
● Zr:μm,激光束的瑞利范圍
● Pt:mr,相對(duì)于頭部的指向角,有時(shí)稱為目標(biāo)或瞄準(zhǔn)線。
● φ:mr,激光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散,Φ
● NA:無(wú)量綱,激光束遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)值孔徑
計(jì)算Z軸的Zo/Zr ,顯示在一個(gè)顏色條中。為了精確計(jì)算，要調(diào)整激光束或儀器的z軸位置直到比率顯示在綠色條中,表明Zo/Zr< 0.20。(即2Wo在標(biāo)稱值的2%范圍內(nèi))。它變成黃色,對(duì)于高比率變成紅色。這使得簡(jiǎn)單的視覺就能辨認(rèn)激光束是否正確聚焦。
聚焦/ 束腰準(zhǔn)直&優(yōu)化
儀器或激光束沿著Z軸移動(dòng)直到束腰接近‘0’平面(當(dāng)Zo/Zr變成綠色)。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的過(guò)程?？匆曨l:實(shí)時(shí)調(diào)整激激光束腰。
生產(chǎn)中的激光準(zhǔn)直
在應(yīng)用中,如激光打印、流式細(xì)胞術(shù)、光開關(guān)和其他激光元件,使用BeamMap2為多個(gè)元器件放在相同的束腰直徑、XYZ、指向節(jié)約大量的時(shí)間和成本。
分析儀頭首先對(duì)齊參考(“黃金”)元件組，給出測(cè)量值。剩下的儀器頭放在同意焦點(diǎn)處，并得到同樣的結(jié)果。產(chǎn)品的軟件設(shè)置包括通過(guò)/失敗和用顏色編碼的結(jié)果,加上簡(jiǎn)單,清晰,屏顯。
難以接近的束腰
對(duì)于難以接近的束腰，如波導(dǎo)切面和光纖的鏡面端面,DataRay提供了一個(gè)由背對(duì)背精密玻璃非球面鏡組成的LensPlate2，可以將束腰成像到BeamMap2上。
遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散&指向
散度函數(shù)執(zhí)行一個(gè)小二乘直線擬合激光束直徑和質(zhì)心值與測(cè)量平面,確定角發(fā)散和激光束的指向(也稱為目標(biāo)或瞄準(zhǔn)線)。這個(gè)未加權(quán)的擬合假定光直線發(fā)散,相比于焦點(diǎn)附近三個(gè)瑞利長(zhǎng)度，它更適用于遠(yuǎn)場(chǎng)。
結(jié)果以數(shù)值孔徑和全角發(fā)散度顯示出來(lái)。如果太靠近焦點(diǎn)，結(jié)果將不正確。
M2激光束質(zhì)量&發(fā)散
BeamMap2可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量M2。5Hz的刷新率允許實(shí)時(shí)準(zhǔn)直和調(diào)整激光束實(shí)現(xiàn)想得到的M2值激光束。BeamMap2符合對(duì)M2測(cè)量的技術(shù)要求,這也是對(duì)束腰直徑和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散的精確測(cè)量。特別是,BeamMap2對(duì)不同激光組件之間的相對(duì)M2值可以實(shí)現(xiàn)非常好的感覺,。
實(shí)踐中,需要沿著Z軸調(diào)整激光束或儀器頭直到Zo/Zr變綠。雙曲線擬合是基于零平面測(cè)量的激光束直徑2Wo和在其他三個(gè)直徑測(cè)量值。
Zo, Zr, Phi & NA源自于雙曲擬合。M2是來(lái)自2Wo 和Phi。數(shù)值實(shí)時(shí)顯示。
BeamMap2配置,選擇&技術(shù)
根據(jù)需要解決的問(wèn)題，可選擇不同的BeamMap2頭以適應(yīng)激光束的直徑和波長(zhǎng):
● 主平面間距,s,可選擇50、100、250、500或750μm
● 對(duì)于束腰半徑為幾百微米的激光束，5mm可調(diào)節(jié)空間 BeamMap2 ColliMate。
● 硅、砷化銦鎵或砷化銦鎵的衍生探測(cè)器,紫外到2500nm。
● 寬度為2.5或5.0μm 的2D™狹縫對(duì), KE模式25或50μm。見附錄一。
DataRay可以適當(dāng)?shù)奶筋^通過(guò)運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的Excel電子表格(下圖)基于束腰半徑和波長(zhǎng)范圍。
細(xì)激光束的刀口(KE)模式
為激光束(幾微米)所設(shè)計(jì)的BeamMap2配置包括支持KE模式的寬狹縫。當(dāng)激光束直徑遠(yuǎn)小于寬狹縫的寬度,軟件自動(dòng)顯示和分析從前一個(gè)狹縫開始積分的功率曲線。默認(rèn)激光束是高斯型，顯示2 w值,一般適用于非常小的激光束。
BeamMap2軟件接口
許多結(jié)果可以輸出到Excel,文本文件,畫圖工具,或剪貼板中。
DataRay支持從其他軟件中操作BeamMap2。 具體的文檔和示例代碼是用于主動(dòng)Active X接口:
● Visual Studio C + +
● Labview
● Visual Basic
想了解更多請(qǐng)查看我們的軟件支持頁(yè)面。
多平面激光束分析速度發(fā)展和生產(chǎn)
一旦你使用過(guò)BeamMap2,你永遠(yuǎn)都不會(huì)再想使用傳統(tǒng)的單一平面激光束分析器。*的,*的BeamMap2簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的激光準(zhǔn)直?？梢院敛毁M(fèi)力的將一個(gè)BeamMap2加入到光路中,且關(guān)于激光束聚焦和對(duì)齊會(huì)有實(shí)時(shí)指導(dǎo)。在精確聚焦之前,BeamMap2將測(cè)量激光束指向,指明當(dāng)前的焦點(diǎn)方向,估計(jì)束腰直徑,實(shí)時(shí)估計(jì)M2和/或激光束發(fā)散度。然后,系統(tǒng)會(huì)引導(dǎo)你將激光束聚焦在需要實(shí)時(shí)圖像和彩色編碼反饋的地方(調(diào)整直到你看到綠色)。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn),所有測(cè)量的數(shù)值都是精確的。
無(wú)論你需要什么樣的激光束,甚至直徑幾微米的激光束,BeamMap2仍然可以測(cè)量。硅、砷化銦鎵、砷化銦鎵延伸探測(cè)器覆蓋了紫外線到2500 nm波段。
你可以使用我們提供的軟件或?qū)⑽覀兊脑O(shè)備到您自己的測(cè)試軟件環(huán)境。
BeamMap2會(huì)加速實(shí)時(shí)檢測(cè)激光束聚焦和準(zhǔn)直誤差和同一個(gè)焦點(diǎn)的多個(gè)元件組的設(shè)置。
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附錄A:True-2D™狹縫
DataRay開發(fā)了特定的優(yōu)化的狹縫用于BeamMap2可以測(cè)量的低瑞利范圍小激光束,。標(biāo)準(zhǔn)的狹縫掃描的傳統(tǒng) ‘空氣’狹縫在z方向厚度達(dá)到12.5或25毫米, 可用或達(dá)到6毫米厚。對(duì)于一個(gè)聚焦激光束,它們更像部分反射隧道而不是二維縫。這降低了焦點(diǎn)的精度。
True2D™狹縫是利用光平板印刷術(shù)在半導(dǎo)體拋光藍(lán)寶石基板鍍上多個(gè)不透明層
?？偤穸燃s為 0.4微米,比的空氣縫隙要薄一個(gè)數(shù)量級(jí)。藍(lán)寶石襯底的良好的導(dǎo)熱性能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高功率密度的聚焦激光束進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。
