M2光束質量分析儀實驗測試分享 - 筱曉光子

光束質量因子M2較科學合理地描述了激光束質量，并由國際標準組織(ISO)采納。M2克服了常用的光束質量評價方法的局限，對激光光束的評價具有重要意義。

M2因子被稱為激光光束質量因子或衍射極限因子，是用來衡量激光光束的光束質量常用的參數。定義為：

對于理想高斯光束，有M2=1，光束質量佳。實際光束M2均大于1，表征了光束衍射極限的倍數。光束質量因子M2表示為：

2、聚焦光束法測量光束質量M2因子

   對于激光器由于自身性能的不同，激光的真實的束腰位置會出現在激光器的內部或者激光器出射的前端，這對于測量產生了不便。針對這個問題國際上提出了聚集光束測量法。

利用無像差的透鏡來模擬激光光束束腰，然后通過無像差透鏡的性質得到激光真實束腰的參數信息如下圖所示：

激光通過透鏡1再成像，光線迅速會聚，會聚的大約位置在透鏡焦距f處（但不是絕對），然后又繼續發散，這樣在近焦距的位置上就得到了人工的光束束腰，這樣就解決了對原始激光束腰不定，無法測量的缺點。通過對在成像方的激光光路的切片式測量，就可以得到透鏡后的激光的相關參數，然后通過透鏡變化公式就可以得到真實激光的參數信息。

（2）f為透鏡的焦距；  （3）d’σ0、Z’0、Z’R分別是通過透鏡變換后的高斯光束的腰斑直徑，腰斑到透鏡的距離及瑞利長度（通過測量數據進行擬合并計算得到的）。  

3、M2參數解釋

實際光束的X方向束腰位置和Y方向束腰位置大多在不同位置，X方向上的發散角和Y方向上的發散角也大小不同，所以光束質量因子M2分為M X 2和MY2，針對某一方向都有響應的光斑中心，光斑直徑，激光發散角，瑞利長度等參數。

（1）光束發散角θ：激光束在腰部最細，隨著離腰部距離的逐漸增大，光束的有效截面逐漸變粗，也就是激光束具有一定的發散性質，發散程度用發散角θ表示；  （2）光束束腰D0：光束束寬最小處即為光束束腰D0，其位置為Z0；  
 （3）瑞利長度Zr：激光光束的橫截面積變為束腰處的2倍時，該位置與束腰之間的距離是瑞利長度。長度越長說明光斑發散的越慢，激光光束質量越高；  （4）焦點深度：從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式。

二、筱曉光子M2 Beam U3光束質量分析儀介紹

我們公司的產品是DUMA公司最新版本的M2光束質量分析儀。主要由帶濾光輪的Beam On U3和帶無像差透鏡的移動平臺組成，通過采集多個測量面實現對M2因子的測量，整體準確度保持在±5％范圍內。

M2 Beam U3 是一種用于實時位置，功率和光束輪廓檢測的光束診斷測量系統。可以測量連續激光和脈沖激光，光譜范圍覆蓋350nm-1600nm它提供了非常直觀的圖形表示和分析激光束各種參數的能力，包括M2，光束發散角，束腰寬度及位置，瑞利長度及焦點深度等參數滿足用戶對光束質量參數的需求。同時是USB3.0設備級別的軟件驅動設備，駐留在用戶的主機，實現數據快速傳輸以及便捷使用。

產品特點：

• 光譜范圍覆蓋350-1600nm

• 可檢測連續激光及脈沖激光

• USB3.0快速數據傳輸接口，即插即用，方便快捷

• 可實現高低功率激光的檢測

• 軟件設置，直接讀取 M2各種參數，簡單高效

1、產品性能參數：

Beam On U3

2、掃描附件

輸入光束

掃描裝配附件

整機

三、實驗測試

 （1）M2光束質量分析儀兩個USB接口連接電腦，打開軟件；  （2）安裝激光器，光纖輸出接口接到準直器上。同時準直器離M2透鏡最好有1米以上的距離，打開激光器；  （3）對齊光束（可以用熱感應卡或激光顯示卡來輔助對光），在軟件上觀察激光光束非常接近X&Y十字線目標圖像窗口；  （4）在軟件界面上打開M2圖標，同時設定Z軸位置:選擇“Setup",接下來設置“Start Position"為0mm, “Stop Position"為280mm,“Step"為2mm；  （5）右下角Control界面一般Gain選擇5-10左右，調整一下曝光，Filter Wheel界面一般選擇ND500（測試時主要根據光束調整這三項參數）；  （6）點擊Start圖標，開始測試；  （7）測試完成后，點擊homing圖標，電機返回原位置。  
 2，測試結果：  
 （1）1064nm皮秒脈沖激光器測試結果

（2）633nm TLD 窄線寬激光器測試結果

（3）852nm DFB激光器測試結果

3，測試結論

通過測試，可以看出利用我們的M2光束質量分析儀，能方便快捷的直接測試讀取M2 的數據，主要包括M2因子，瑞利長度發散角以及束腰參數等數據。整體準確度保持在±5％范圍內，滿足用戶對光束質量參數的需求。可以廣泛的用于激光加工，生物醫學，激光制造等領域。

四、相關產品鏈接