《激光光束分析仪：光斑定义与测试秘籍》

航鑫光电光斑质量测量仪：激光参数精确测量的革新之选

在激光技术的前沿领域，精确掌握激光光束的各项参数是保障其在不同应用场景中发挥最佳效果和品质的关键所在。航鑫光电凭借自主研发的光斑质量测量仪，为大光斑激光器、线形激光器光束以及远场大发散角激光的测量提供了先进且可靠的解决方案，成为该领域的重要技术支撑。

激光光束质量分析的核心原理

激光光束检测仪的工作基于两种核心原理：CCD成像和扫描法。扫描法通过狭缝、微孔、刀口等手段对光斑大小进行快速扫描测量，并结合运动机构在光束传播的不同位置测量光斑尺寸，进而通过理论计算反演得到光束质量M²的数值。而航鑫光电的光斑质量测量仪采用大口径的COMS传感器，相机口径可达23mm，能够以更高的精度捕捉大光斑激光的各项参数。

光斑相关概念与光束质量评判标准光斑圆度与光束质量

光斑圆度反映了光斑的拟合曲线与正圆的接近程度，圆度越趋近于100%，光斑越接近正圆。在激光传播过程中，光斑大小的变化决定了激光的“光束质量”。其中，M²是目前应用最为广泛的激光光束质量评定标准。对于高斯光束，在传输过程中存在最小光斑，即“束腰”，其大小为束腰大小。此后光斑逐渐发散，引入“发散角”概念，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。在理想状况下，激光的光束质量M²标准值为1，但在实际应用中，工业级飞秒激光器通常要求光斑圆度在95%以上，M²在1.2以下。

光斑直径的定义方法

FWHM（Full width at Half maximum）：当光强下降到峰值的一半时，对应横坐标两点之间的距离即为该光束的FWHM值，此时功率占比约为76%。1/e²：当光强度降为峰值光强的1/e²（13.5％）时，对应的光束直径为2ω，此为1/e²值的定义。从高斯光束光强分布方程来看，FWHM定义下的光束直径和1/e²定义下的光束直径存在特定的数学关系。D4σ：基于光强度分布I(x, y)的二阶矩，是ISO11146国际标准推荐使用的方法。该方法适用于任意光斑，具有广泛的适用性。对于基模高斯光束，D4σ表示 -2σ 到2σ间的距离，σ 为沿x、y轴光强分布的标准差。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一致的，但对于非高斯光束，计算结果可能存在显著差异。

光束轮廓测量的多元方法刀口法

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。先测量全部光束功率，再逐步用刀口切割光束，测量出84%和16%光强对应的位置，两位置间距的两倍等于1/e²直径。然而，刀口法的装置和算法相对简单，仅适用于圆形高斯光束直径的测量，且无法获取强度轮廓信息。

扫描狭缝光束分析仪

扫描狭缝光束分析仪内置两对或多对正交狭缝的转筒，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，从而计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，工作波长范围覆盖UV到MIR，但一般适用于近似的高斯光束，在测量高阶模光束时可能会丢失某些特性。

光束相机

光束相机能够测量任意光束轮廓，但由于其采用高灵敏传感芯片，可能需要进行衰减处理以防止饱和甚至损坏仪器，测量时还需进行背景光补偿。通过将每个像素的电流根据三维坐标系统处理，按照ISO11146推荐的D4σ方法计算光束直径。利用CCD相机可以捕获激光光斑的强度分布，相机式光束分析仪采用二维阵列光电传感器，将光斑分布转换成图像并进行数据分析。它可对连续激光、脉冲激光、单个脉冲激光进行测试，能实时监控激光光斑变化，但不能承受高强度激光照射，需将高功率激光光束先衰减到微瓦量级。

航鑫光电光斑质量测量仪的行业应用

航鑫光电的光斑质量测量仪在多个领域具有广泛的应用价值。可用于激光器光斑测定、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、光学器件质量检查以及外光路准直等。该分析仪能够满足日常激光参数测量需求，可进行光束实时监测、测量激光光斑尺寸、质心位置、椭圆度、相对功率测量（归一化数据）、二维/三维能量分布（光强分布）、光束指向稳定性（质心抖动）、功率稳定性（绘制功率波动曲线）等，还支持测量数据导出和测试报告PDF格式文档导出。

航鑫光电光斑质量测量仪的技术优势

航鑫光电的光斑质量测量仪具备众多卓越的性能特点。其芯片尺寸大，可达22.5mm*22.5mm，精度高，单像元尺寸可达11um，像素大小为11x11μm，光斑检测直径范围为110μm~22.5mm。标配衰减片，操作便捷，还可选配更高功率衰减配置，功率范围可达1000W。支持手动和自动实时曝光及增益调节，主要测量功能丰富，涵盖光斑直径（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。能够高速度、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。支持控制相机的曝光、增益和分辨率，支持参数的统计分析，可记录和导出参数或生成报告，还能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，图形化界面易于操作，可自由设置，还可定制拓展功能。

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