实时分析
在光学领域，激光束强度分析是一个很重要的技术。获得激光聚焦后的精确的强度分布在很多应用上是至关重要的，例如流式细胞术、激光印刷、医疗激光、激光切割，这只是几个例子。强度分布测量可以表征和改善产品或生产过程,这可以节省大量的时间和降低成本。如果您曾经使用过一个传统的XY平面分析器测量和调整聚焦激光束,那么你就知道这个过程要花费大量的时间。测量一次,将分析器沿着z轴移动一次, 在第二平面上再次进行测量,估计焦点位置,再沿着Z轴调整分析仪,再次测量…既耗时又辛苦、复杂。本白皮书描述独特的授权的实时的多个z平面XYZΘΦ功能的激光束M平方狭缝扫描分析器，并将介绍它是如何提高速度和简化光路准直的。
BeamMapTM2多平面缝隙扫描激光束分析
标准的狭缝扫描是通过改变位于检测器之前的XY方向的狭缝。带有USB 2.0端口驱动的BeamMap2,有多个位于不同Z平面的狭缝的转盘,可以测量多个Z平面的XY强度分布，计算直径和中心实现实时测定和调整:
● 焦点的位置精度达到μm
● M平方
● 激光束发散度与指向
紧凑(2.65 " x 2.65 " x 2.4 "),BeamMap2是少见的商用多平面激光束强度分析探头。下图是BeamMap2配套软件DataRay的一个屏幕截图。在这里你可以看到可以同时得到四个不同的z位置处的激光束强度分布。软件上显示的是这束光焦点的X,Y,和Z坐标和M2为1.47。
测量与准直聚焦激光束
在准直和聚焦之前，激激光束…
…可能不是聚焦在z = 0处。
…可能位置和角度没有准直。
…可能既不满足束腰直径也不满足光密度规格。
…可能M2大于说明规格。
对于单个z平面测量的仪器,找到焦点的位置是一个令人头痛的过程。将不同的元件组对到同一个焦点处很费时。如果元件组调整不正确出现问题,你没有任何头绪。这个BeamMap2使您能够测量和纠正这些激光束的焦点，使误差达到μm精度。
如果这些平面位于焦点位置附近,即不在焦点处,BeamMap2可以:
● 测量轴向错位(指向)。
● 显示当前的焦点坐标X,Y和Z。
● 估计焦点处的束腰直径。
● 估计M2和/或激光束发散度。
● 实现以上参数的实时测量，刷新速率为5Hz
当束腰定位接近“零”测量平面,这些估计成为测量:
·焦点Z坐标值。
·XY坐标值和指向角。
·束腰直径和辐照度。
·M2激光束质量和/或激光束发散度。
…有亚微米的可重复性,
…关于BeamMap2轴或一个用户自定义参考。
使用BeamMap2进行测量
除了显示轮廓和直径,软件做一些具体的计算,通过点工具栏中的M2按钮。软件执行最小二乘法双曲线拟合数据。
● 蓝色点和线为u轴(通常x)直径。紫色线是v轴(通常y)直径。
● 水平标尺对分析仪头的平面间隔进行过归一化
● 垂直标尺对测量最大值的80%进行过归一化
● 水平面的中心对应的是分析仪头部的‘0’面。
显示两个轴的结果有:
● M^2:无量纲,当等于1.0时，为一个完美的TEM00高斯激光束,> 1.0时，为不完美的激光束和高阶激光束
● 2Wo:μm,最小测量束腰直径
● Zo:μm,束腰相对于零平面的Z值。
● Zr:μm,激光束的瑞利范围
● Pt:mr,相对于头部的指向角,有时称为目标或瞄准线。
● φ:mr,激光束远场发散,Φ
● NA:无量纲,激光束远场数值孔径
计算Z轴的Zo/Zr ,显示在一个颜色条中。为了精确计算，要调整激光束或仪器的z轴位置直到比率显示在绿色条中,表明Zo/Zr< 0.20。(即2Wo在标称值的2%范围内)。它变成黄色,对于高比率变成红色。这使得简单的视觉就能辨认激光束是否正确聚焦。
聚焦/ 束腰准直&优化
仪器或激光束沿着Z轴移动直到束腰接近‘0’平面(当Zo/Zr变成绿色)。这是一个非常简单的过程。看视频:实时调整激激光束腰。
生产中的激光准直
在应用中,如激光打印、流式细胞术、光开关和其他激光元件,使用BeamMap2为多个元器件放在相同的束腰直径、XYZ、指向节约大量的时间和成本。
分析仪头首先对齐参考(“黄金”)元件组，给出测量值。剩下的仪器头放在同意焦点处，并得到同样的结果。产品的软件设置包括通过/失败和用颜色编码的结果,加上简单,清晰,屏显。
难以接近的束腰
对于难以接近的束腰，如波导切面和光纤的镜面端面,DataRay提供了一个由背对背精密玻璃非球面镜组成的LensPlate2，可以将束腰成像到BeamMap2上。
远场发散&指向
散度函数执行一个最小二乘直线拟合激光束直径和质心值与测量平面,确定角发散和激光束的指向(也称为目标或瞄准线)。这个未加权的拟合假定光直线发散,相比于焦点附近三个瑞利长度，它更适用于远场。
结果以数值孔径和全角发散度显示出来。如果太靠近焦点，结果将不正确。
M2激光束质量&发散
BeamMap2可以实现实时测量M2。5Hz的刷新率允许实时准直和调整激光束实现想得到的M2值激光束。BeamMap2符合对M2测量的技术要求,这也是对束腰直径和远场发散的精确测量。特别是,BeamMap2对不同激光组件之间的相对M2值可以实现非常好的感觉,。
实践中,需要沿着Z轴调整激光束或仪器头直到Zo/Zr变绿。双曲线拟合是基于零平面测量的激光束直径2Wo和在其他三个直径测量值。
Zo, Zr, Phi & NA源自于双曲拟合。M2是来自2Wo 和Phi。数值实时显示。
BeamMap2配置,选择&技术
根据需要解决的问题，可选择不同的BeamMap2头以适应激光束的直径和波长:
● 主平面间距,s,可选择50、100、250、500或750μm
● 对于束腰半径为几百微米的激光束，5mm可调节空间 BeamMap2 ColliMate。
● 硅、砷化铟镓或砷化铟镓的衍生探测器,紫外到2500nm。
● 宽度为2.5或5.0μm 的2D™狭缝对, KE模式25或50μm。见附录一。
DataRay可以指定适当的探头通过运行一个简单的Excel电子表格(下图)基于束腰半径和波长范围。
细激光束的刀口(KE)模式
为激光束(几微米)所设计的BeamMap2配置包括支持KE模式的宽狭缝。当激光束直径远小于宽狭缝的宽度,软件自动显示和分析从前一个狭缝开始积分的功率曲线。默认激光束是高斯型，显示2 w值,一般适用于非常小的激光束。
BeamMap2软件接口
许多结果可以输出到Excel,文本文件,画图工具,或剪贴板中。
DataRay支持从其他软件中操作BeamMap2。 具体的文档和示例代码是用于主动Active X接口:
● Visual Studio C + +
● Labview
● Visual Basic
想了解更多请查看我们的软件支持页面。
多平面激光束分析速度发展和生产
一旦你使用过BeamMap2,你不会再想使用传统的单一平面激光束分析器。独特的,授权的BeamMap2简化了传统的激光准直。可以毫不费力的将一个BeamMap2加入到光路中,且关于激光束聚焦和对齐会有实时指导。在精确聚焦之前,BeamMap2将测量激光束指向,指明当前的焦点方向,估计束腰直径,实时估计M2和/或激光束发散度。然后,系统会引导你将激光束聚焦在需要实时图像和彩色编码反馈的地方(调整直到你看到绿色)。在这个时间点,所有测量的数值都是精确的。
无论你需要什么样的激光束,甚至直径几微米的激光束,BeamMap2仍然可以测量。硅、砷化铟镓、砷化铟镓延伸探测器覆盖了紫外线到2500 nm波段。
你可以使用我们提供的软件或将我们的设备到您自己的测试软件环境。
BeamMap2会加速实时检测激光束聚焦和准直误差和同一个焦点的多个元件组的设置。
登陆我们的网站www.dataray.com或联系sales@dataray.com获取更多信息。
附录A:True-2D™狭缝
DataRay开发了特定的优化的狭缝用于BeamMap2可以测量的低瑞利范围小激光束,。标准的狭缝扫描的传统 ‘空气’狭缝在z方向厚度达到12.5或25毫米, 最佳可用或达到6毫米厚。对于一个聚焦激光束,它们更像部分反射隧道而不是二维缝。这降低了焦点的精度。
True2D™狭缝是利用光平板印刷术在半导体抛光蓝宝石基板镀上多个不透明层
。总厚度约为 0.4微米,比最好的空气缝隙要薄一个数量级。蓝宝石衬底的良好的导热性能能够实现对高功率密度的聚焦激光束进行准确的分析。