第三阶段汇报-光束测量

1、光束测量光束测量 专业：精密仪器及机械专业：精密仪器及机械 姓名：夏学勤姓名：夏学勤 学号：学号：12721325 主要内容主要内容 光束轮廓测量的方法光束轮廓测量的方法 光束的定量测量光束的定量测量 测量系统概述测量系统概述 后期学习计划后期学习计划 光束轮廓测量的方法光束轮廓测量的方法 1）通过人眼或照片测量反射激光束 2）烧纸、即显胶片（硅晶体/底片） 3）木制的压舌板和金属板烧点 4）荧光板 5）丙烯酸模式燃烧 传统、原始、非定量、不可靠 电子测量方法电子测量方法 非电子方法非电子方法 电子测量方法 光束采样装置：机械扫描仪器光束采样装置：机械扫描仪器 中等密度过滤器：相机（衰减）中等

2、密度过滤器：相机（衰减） 光束轮廓仪：机械扫描设备光束轮廓仪：机械扫描设备 CCD等相机等相机 光束轮廓输出设备：光束轮廓输出设备：PC等等 电子式激光光束分析的光学设备 机械扫描仪器机械扫描仪器 扫描刀口或狭缝光束轮廓仪扫描刀口或狭缝光束轮廓仪 扫描型光束轮廓仪：扫描型光束轮廓仪： u刀口法刀口法：0.1um的分辨率的分辨率 u狭缝法狭缝法 u小孔法小孔法 能量分布能量分布束宽束宽 基于相机的测量系统基于相机的测量系统 计算机现代计算机（奔腾处理器）、即时显示 图像采集卡数字转换器 光束分析软件信号处理、光束显示（2D、3D） 光束计算（光束轮廓的定量测量） 相机CCD 激光束衰减避免CCD

3、饱和 光斑尺寸（光束太小、太大） CCDCCD探测法探测法: :使用CCD相机进行光束的光斑采集，经数据采集卡转 换后，由计算机进行曲线拟合和数据处理，实现自检。 光斑尺寸光斑尺寸 光束太小：（相机像素） 1）使用机械扫描设备；没有即时完整的光束分析 2）使用显微物镜放大，并把相机聚焦到发射器表面，把激光输 出光阑成像到CCD阵列上；激光发射器（激光二极管） 3）先聚焦光束，然后用另外一个透镜准直光束，用长焦 距透镜再聚焦，增大光斑（光束扩展器）；间接测量 4）小的聚焦光斑从以反射表面或投射表面散射，并用相 机镜头成像。 光束太大：（传感器接收面积） 1）反向使用光束扩展器； 2）使用大面积传

4、感器； 3）反射来自散射表面的光束，用透镜成像。 光束的定量测量 激光波长、时序脉冲宽度、总功率或能量 光束轮廓测量：光束轮廓测量： 相对光束功率或能量（衰减、波长吸收不同） 峰值功率或能量热点（损伤阈值） 峰值像素位置跟踪热点稳定性、峰值辐照度 光束形心位置光斑稳定性 光束宽度光束宽度 光束椭圆率、高斯拟合、顶帽测量、散度测量、统计测量等 M2测量测量 光束宽度光束宽度 光束宽度的定义 u-%峰值对应的宽度 u全宽/50%峰值对应的宽度 u-%能量/1/e2宽度 u86.5%环围功率 u等效刀口测量的软件 u二阶矩束宽 光束宽度的测量 束宽测量方法 光束太小： 1）使用机械扫描设备； 2）使

5、用显微物镜，聚焦相机到发射器表面； 3）先聚焦光束，然后用另外一个透镜准直光束，用长焦距透镜 再聚焦，增大光斑（光束扩展器）； 4）小的聚焦光斑从以反射表面或投射表面散射，并用相机镜头 成像。 光束太大： 1）反向使用光束扩展器； 2）使用大面积传感器； 3）反射来自散射表面的光束，用透镜成像。 刀口法、狭缝法、小孔法（测量数据单一） 摄像机(CCD)法（1/e2拟合、三点法拟合、三点法） 可变光阑法、扫描Ronchi 刻尺法 、激光散斑法、光纤探针扫描法 M2测量测量 光束质量评价方法 u聚焦光斑尺寸：束腰 u远场发散角和衍射极限倍数 uM2因子 理想发散角理想高斯光束束腰直径 远场发散角实

6、际光束束腰直径 2 M 0 理想光束的远场发散角 实际光束的远场发散角 衍射极限倍数 束腰的测量束腰的测量 光束半径或直径拟合光束半径或直径拟合 多点光强拟合法和多孔径光功率拟合法（多点光强拟合法和多孔径光功率拟合法（ 可变光阑法可变光阑法） 高斯光束通过高斯光束通过GRIN透镜后的强度分布透镜后的强度分布 高斯光束通过高斯光束通过GRIN透镜后不同位置的传播性透镜后不同位置的传播性 能能 拟合方法拟合方法 双曲线拟合双曲线拟合 高斯拟合高斯拟合 )(zfy )( zfy 多项式拟合多项式拟合 测量系统概述测量系统概述 狭缝法 聚焦物镜 GRIN光斑测试原理图 1一He-Ne激光器;2一反射镜

7、1;3一扩束器,4一衰减片, 5一反射镜2,6一GRIN样品,7一显微镜8CCD 图图2GRIN透镜红外波段焦斑测试框透镜红外波段焦斑测试框 图图 1 1一光源一光源,2一准直物镜一准直物镜,3一被测样一被测样 品品,4一一显微放大系统显微放大系统，5 5一探测器一探测器; 6 6一计算机一计算机;7一显示器一显示器 探针聚焦性能检测系统框图探针聚焦性能检测系统框图 GRINGRIN光纤探针光束性能检测系统结构图光纤探针光束性能检测系统结构图 后期学习计划后期学习计划 只能测得远场区的数据点 00.20.40.60.811.21.41.61.82 20 25 30 35 40 45 50 光 束 距 输 出 端 面 位 置 /nm 光斑半径/nm 只 测 得 远 场 区 的 数 据 点 双 曲 线 拟 合 曲 线 四 次 多 项 式 拟 合 曲 线 样 本 点 理 论 曲 线 00.20.40.60.811.21.41.61.82 20 25 30 35 40 45 50 光 束 距 输 出 端 面 位 置 /nm 光斑半径/nm 只 测 得 远 场 区 的 数