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光束質(zhì)量分析儀-----激光應(yīng)用領(lǐng)域的必備工具 激光的應(yīng)用和激光的輻射強(qiáng)度分布特征密不可分，因此我們需要了解光強(qiáng)的徑向（垂直于傳播方向）分布。為了描述激光光強(qiáng)的徑向分布，人們常采用光束直徑（或半徑）來(lái)描述。眾所周知，光束是沒有絕對(duì)邊緣的，所以，通常采用光束中心光強(qiáng)沿徑向降低到一定比例時(shí)的光束截面圓直徑作為光束直徑。沿垂直于傳播方向測(cè)量光束直徑被廣為采用的一個(gè)方法是，當(dāng)光束為高斯光束或近似高斯光束時(shí)，我們測(cè)量強(qiáng)度為峰值強(qiáng)度的1/e2處的直徑。這個(gè)位置包含了光束80%以上的能量分布，該處的光功率約為峰值功率的13.5%，通常以此處的半徑值作為光斑半徑。另一個(gè)常用值是半高全寬值，即光強(qiáng)下降到峰值強(qiáng)度的一半時(shí)的截面圓直徑。對(duì)于光束直徑的測(cè)量，使用兩種方法中任意一個(gè)都可以。根據(jù)波前傳播理論，光束的發(fā)散是由于在傳播過(guò)程中光束直徑的增加引起的。光束發(fā)散的程度由遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角θ來(lái)表示。光束寬度最小處的尺寸稱為束腰半徑。測(cè)量光束傳播方向上（也就是z軸方向）不同點(diǎn)的光束半徑，就能確定光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和束腰半徑大小。光束分析儀正是沿著z軸對(duì)光束尺寸進(jìn)行取樣，以確定光束的空間特性。 在上述諸多激光應(yīng)用領(lǐng)域中，光束質(zhì)量分析為激光器的有效使用提供了很多有價(jià)值的信息。比如在在生物技術(shù)上，為了識(shí)別核糖核酸和脫氧核糖核酸的“字母序列”和氨基酸種類，科學(xué)家們使用激光光束對(duì)其芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行掃描。在這項(xiàng)技術(shù)中，光斑M(jìn)2因子越小，采樣數(shù)量就要求越少。借助于光束分析儀，我們可以對(duì)光束寬度進(jìn)行微調(diào)。分析光束輪廓在激光打印機(jī)校準(zhǔn)和光纖對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)系統(tǒng)中也非常有用。與生物掃描技術(shù)和激光打印一樣，激光還被用來(lái)掃描條形碼和光存儲(chǔ)技術(shù)，以利用激光光束讀寫信息。同樣的，對(duì)于這方面而言也是光束越小，讀寫信息越精確。然而，為了讓掃描儀處在方便的工作距離范圍內(nèi)，條形碼讀取器需要光束的操作范圍比較大。通過(guò)光束分析儀，我們可以測(cè)量并調(diào)整激光光束，使之達(dá)到長(zhǎng)瑞利范圍，確保掃描儀具有良好的性能。在許多測(cè)量技術(shù)中，激光光束分析儀也被廣泛應(yīng)用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)分析儀我們就能了解光束的空間分布特征，這有助于我們恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整激光器，改變其輸出。 總之，如果光束輪廓未知，那么激光將很難甚至不能投入使用。因此，激光的廣泛應(yīng)用以及光束分析的重要性，越來(lái)越要求我們擁有一種能夠迅速而精確地測(cè)量光束參數(shù)的光束分析系統(tǒng)。 以色列Duma Optronics公司的Beam Analyzer USB光束質(zhì)量分析儀和Beam On HR光束質(zhì)量分析儀可用來(lái)分析光束輪廓，而M2 Beam分析儀可用來(lái)測(cè)量M2因子。 Beam Analyzer USB光束質(zhì)量分析儀基于掃描刀口法原理，可提供光束的二維和三維的能量分布圖，可測(cè)量光斑直徑很小（3μm）的光束，并有很高的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍。 Beam Analyzer USB的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。Beam Analyzer USB內(nèi)置的鼓輪每旋轉(zhuǎn)一次，儀器就能獲得一條剖面曲線。多次旋轉(zhuǎn)即可獲得光束的二維和三維輪廓圖，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。 圖1 Beam Analyzer USB 示意圖 |
