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Dataray 激光轮廓分析仪
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美国Dataray公司是一家专注于激光光学测量仪器的高科技公司,其成立于1988年,经过近30年的发展,目前已经成为了激光光斑分析仪和光束质量分析仪的一流品牌,取得了和OphirSpiriconCoherent并列的品牌地位。Dataray公司的产品以设计精密、结果可靠和易于操作著称,在某些领域具有不可替代的性价比优势。目前,Dataray在激光光束测量领域提供十几种标准型号的产品,以满足不同客户的测量需求。

在光学领域,激光传播方向上不同位置的强度分析是很重要的一个指标。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,例如激光器研发、流式细胞术、激光印刷、医疗激光、激光切割等。测量激光光束强度分布可以使研发和生产人员获得实时反馈,从而高效的对光学结构进行调整。而传统的测量方法需要选取某个Z轴位置进行测量,之后分析器沿着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,这个过程既复杂麻烦又浪费时间。Dataray的光束质量分析仪器能够实时的多个z平面的光斑能量分布,使用非常方便,能够满足各种激光研发和生产的需求。

具体到激光M2测量,也是采用类似的原理。Dataray公司的BeamMap2系列光束质量分析仪的狭缝扫描是通过改变位于检测器之前的XY方向的狭缝,有多个位于不同Z平面的狭缝的转盘,可以在仪器位置不变的情况下一次性测量多个Z平面的XY强度分布,计算激光光斑直径和中心,实现实时测定和调整。BeamMap2能够一次性测量4个位置的激光光斑,从而快速推断出光束的焦点位置(精度μm量级)、M平方和激光指向和发散角等参数,一般的操作人员在几分钟之内就可以获取结果。Dataray的光束质量分析仪是测量M2数值的一款非常便捷的工具,而且操作方便、结果准确。

 

Dataray公司的光束轮廓分析仪主要有以下几款产品:

BeamMap2 XYZΘΦ Scanning Slit System

BeamMap2-CM Collimate XYZΘΦ Scanning Slit System

Beam'R2 XY Scanning Slit System

BeamScope-P8 Scanning Slit System

它们的主要区别是BeamMap2能够直接测量激光的M平方,而Beam'R2BeamScope-P8主要用于测量不同位置的激光光斑能量分布,需要增加配件才能测量激光的M2

 

Dataray光束质量分析仪的规格参数

l 硅探测器: 190~1150nm, InGaAs探测器 650~1800nm, InGaAs (extended)探测器: 1000~2300 (2500nm);

l 能够测量的激光光束直径范围5μm~4mm;

l 分辨率0.1μm

l M2测量范围 1~20+

 

Specification

Detail

Wavelength

Si detector: 190 to 1150 nm

InGaAs detector: 650 to 1800 nm

Si + InGaAs detectors: 190 to 1800 nm

Si + InGaAs (extended) detectors: 190 to 2300 or 2500 nm

Scanned Beam Diameters

Si detector: 5 µm to 4 mm, to 2 µm in Knife-Edge mode*

InGaAs detector: 10 µm to 3 mm, to 2 µm in Knife-Edge mode*

InGaAs (extended) detector: 10 µm to 2 mm, to 2 µm in Knife-Edge mode*

Plane Spacing (4XY models)

100 µm: -100, 0, +100, +400 µm

250 µm: -250, 0, +250, +1000 µm

500 µm: -500, 0, +500, +2000 µm

750 µm: -750, 0, +750, +3000 µm

Plane Spacing (3XYKE models)

50 µm: -50, 0, +50, 0 µm

100 µm: -100, 0, +100, 0 µm

Beam Waist Diameter Measurement

Second moment (4s) diameter to ISO 11146; Fitted Gaussian & TopHat

1/e² (13.5%) width

User selectable % of peak

Knife-Edge mode* for very small beams

Beam Waist Position Measurement

± 20 µm best in X, Y, and Z — contact DataRay for recommendation

Measured Sources

CW; Pulsed lasers, Φ µm ≥ [500/(PRR in kHz)]

Resolution Accuracy

0.1 µm or 0.05% of scan range

± < 2% ± = 0.5 µm

M² Measurement

1 to > 20, ± 5%

Divergence/Collimation, Pointing

1 mrad best — contact DataRay for recommendation

Maximum Power & Irradiance

1 W Total & 0.5 mW/µm²

Gain Range

1,000:1 Switched 4,096:1 ADC range

Displayed Graphics

X-Y-Z Position & Profiles, Zoom x1 to x16

Update Rate

~5 Hz

Pass/Fail Display

On-screen selectable Pass/Fail colors. Ideal for QA & Production.

Averaging

User selectable running average (1 to 8 samples)

Statistics

Min., Max., Mean, Standard Deviation

Log data over extended periods

XY Profile & Centroid

Beam Wander display and logging

Minimum PC Requirements

Windows, 2 GB RAM, USB 2.0/3.0 port

 

Dataray光束质量分析仪的特点

l 实时测量M平方、发散角、准直性和指向;

l BeamMap2的结构紧凑,尺寸仅为2.65 " x 2.65 " x 2.4 "

l 融汇了多项专利技术,是目前少有的商用多平面激光束强度分析探头。

l 有亚微米的可重复性

l 可测量几微米的激光束,BeamMap2仍然可以测量

l 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。

l BeamMap2支持用户进行二次开发,语言包括Visual Studio C + +LabviewVisual Basic

 

采用传统的方式寻找聚焦后的激光光束焦点是一个漫长而痛苦的过程,而如果使用BeamMap2,您就可以测量轴向错位(指向),显示当前的焦点坐标X,YZ,估计焦点处的束腰直径,估计M2/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BeamMap2真正靠近焦点的时候,以上估计值就变成了测量值,即获得焦点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。

 

BeamMap2的软件除了显示轮廓和直径,还可以做一些具体计算,软件算法集成了执行最小二乘法双曲线拟合数据,软件可以实时显示两个轴的结果。软件的颜色条可以让用户判断激光束是否正确聚焦,其为绿色时证明结果可靠。

l 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

l 2Wo:μm,最小测量束腰直径

l Zo:μm,束腰相对于零平面的Z值。

l Zr:μm,激光束的瑞利范围

l Pt:mr,相对于头部的指向角,有时称为目标或瞄准线。

l φ:mr,激光束远场发散,Φ

l NA:无量纲,激光束远场数值孔径

 

有些情况下,用户的仪器难以接近激光的束腰,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。

 

BeamMap2可以实现实时测量M25Hz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测量的国际标准和技术要求,这是基于对束腰直径和远场发散的精确测量。经过长期的实践,BeamMap2对不同激光组件之间的相对M2值可以实现非常好的区别性。

 

BeamMap2光束质量分析仪的配置与选型

根据需要测量的激光参数,可选择不同的BeamMap2头以适应激光束的直径和波长:

狭缝平面间距,s,可选择50100250500750μm

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2.55.0μm 2D™狭缝对, KE模式2550μm

 

BeamMap2光束质量分析仪的刀口(Knife Edge)工作模式

狭缝扫描是BeamMap2光束质量分析仪的主要工作模式,除了这个模式之外,BeamMap2为几微米的激光束设计了支持Knife Edge模式的宽狭缝。刀口法(刀口模式)不能测量脉冲激光,但能够测量小尺寸的激光光束。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,刀口模式一般适用于非常小的激光束。

 

BeamMap2光束质量分析仪的专利狭缝技术

DataRay开发了特定的专利狭缝用于测量低瑞利范围激光束。

标准的狭缝扫描的传统 ‘空气’狭缝在z方向厚度达到12.525μm, 最少6μm。对于聚焦激光束,标准狭缝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,使得总厚度仅为 0.4微米,比最好的空气缝隙要薄一个数量级,能够对高功率密度的聚焦激光束进行准确的分析。

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