第三階段匯報(bào)-光束測(cè)量

1、光束測(cè)量光束測(cè)量專(zhuān)業(yè)：精密儀器及機(jī)械專(zhuān)業(yè)：精密儀器及機(jī)械姓名：夏學(xué)勤姓名：夏學(xué)勤學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：12721325主要內(nèi)容主要內(nèi)容光束輪廓測(cè)量的方法光束輪廓測(cè)量的方法光束的定量測(cè)量光束的定量測(cè)量測(cè)量系統(tǒng)概述測(cè)量系統(tǒng)概述后期學(xué)習(xí)計(jì)劃后期學(xué)習(xí)計(jì)劃光束輪廓測(cè)量的方法光束輪廓測(cè)量的方法1）通過(guò)人眼或照片測(cè)量反射激光束2）燒紙、即顯膠片（硅晶體/底片） 3）木制的壓舌板和金屬板燒點(diǎn)4）熒光板5）丙烯酸模式燃燒傳統(tǒng)、原始、非定量、不可靠 電子測(cè)量方法電子測(cè)量方法 非電子方法非電子方法電子測(cè)量方法 光束采樣裝置：機(jī)械掃描儀器光束采樣裝置：機(jī)械掃描儀器 中等密度過(guò)濾器：相機(jī)（衰減）中等密度過(guò)濾器：相機(jī)（衰減） 光束

2、輪廓儀：機(jī)械掃描設(shè)備光束輪廓儀：機(jī)械掃描設(shè)備 CCD等相機(jī)等相機(jī) 光束輪廓輸出設(shè)備：光束輪廓輸出設(shè)備：PC等等電子式激光光束分析的光學(xué)設(shè)備機(jī)械掃描儀器機(jī)械掃描儀器掃描刀口或狹縫光束輪廓儀掃描刀口或狹縫光束輪廓儀掃描型光束輪廓儀：掃描型光束輪廓儀：u刀口法：刀口法：0.1um的分辨率的分辨率u狹縫法狹縫法u小孔法小孔法能量分布能量分布束寬束寬基于相機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)基于相機(jī)的測(cè)量系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（奔騰處理器）、即時(shí)顯示 圖像采集卡數(shù)字轉(zhuǎn)換器 光束分析軟件信號(hào)處理、光束顯示（2D、3D） 光束計(jì)算（光束輪廓的定量測(cè)量） 相機(jī)CCD 激光束衰減避免CCD飽和 光斑尺寸（光束太小、太大）CCDCCD探

3、測(cè)法探測(cè)法: :使用CCD相機(jī)進(jìn)行光束的光斑采集，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn) 換后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行曲線擬合和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)自檢。光斑尺寸光斑尺寸 光束太小：（相機(jī)像素）1）使用機(jī)械掃描設(shè)備；沒(méi)有即時(shí)完整的光束分析2）使用顯微物鏡放大，并把相機(jī)聚焦到發(fā)射器表面，把激光輸 出光闌成像到CCD陣列上；激光發(fā)射器（激光二極管）3）先聚焦光束，然后用另外一個(gè)透鏡準(zhǔn)直光束，用長(zhǎng)焦 距透鏡再聚焦，增大光斑（光束擴(kuò)展器）；間接測(cè)量 4）小的聚焦光斑從以反射表面或投射表面散射，并用相機(jī)鏡頭成像。 光束太大：（傳感器接收面積）1）反向使用光束擴(kuò)展器；2）使用大面積傳感器；3）反射來(lái)自散射表面的光束，用透鏡成像。光束的定量測(cè)量

4、激光波長(zhǎng)、時(shí)序脈沖寬度、總功率或能量 光束輪廓測(cè)量：光束輪廓測(cè)量：相對(duì)光束功率或能量（衰減、波長(zhǎng)吸收不同）峰值功率或能量熱點(diǎn)（損傷閾值）峰值像素位置跟蹤熱點(diǎn)穩(wěn)定性、峰值輻照度光束形心位置光斑穩(wěn)定性光束寬度光束寬度光束橢圓率、高斯擬合、頂帽測(cè)量、散度測(cè)量、統(tǒng)計(jì)測(cè)量等 M2測(cè)量測(cè)量光束寬度光束寬度 光束寬度的定義u-%峰值對(duì)應(yīng)的寬度u全寬/50%峰值對(duì)應(yīng)的寬度u-%能量/1/e2寬度u86.5%環(huán)圍功率u等效刀口測(cè)量的軟件u二階矩束寬 光束寬度的測(cè)量束寬測(cè)量方法 光束太?。?）使用機(jī)械掃描設(shè)備；2）使用顯微物鏡，聚焦相機(jī)到發(fā)射器表面；3）先聚焦光束，然后用另外一個(gè)透鏡準(zhǔn)直光束，用長(zhǎng)焦距透鏡 再聚焦

5、，增大光斑（光束擴(kuò)展器）；4）小的聚焦光斑從以反射表面或投射表面散射，并用相機(jī)鏡頭 成像。光束太大：1）反向使用光束擴(kuò)展器；2）使用大面積傳感器；3）反射來(lái)自散射表面的光束，用透鏡成像。 刀口法、狹縫法、小孔法（測(cè)量數(shù)據(jù)單一） 攝像機(jī)(CCD)法（1/e2擬合、三點(diǎn)法擬合、三點(diǎn)法） 可變光闌法、掃描Ronchi 刻尺法 、激光散斑法、光纖探針掃描法M2測(cè)量測(cè)量 光束質(zhì)量評(píng)價(jià)方法u聚焦光斑尺寸：束腰u遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和衍射極限倍數(shù)uM2因子理想發(fā)散角理想高斯光束束腰直徑遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角實(shí)際光束束腰直徑2M0理想光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角實(shí)際光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角衍射極限倍數(shù)束腰的測(cè)量束腰的測(cè)量 光束半徑或直徑擬合光束半徑或

6、直徑擬合 多點(diǎn)光強(qiáng)擬合法和多孔徑光功率擬合法（多點(diǎn)光強(qiáng)擬合法和多孔徑光功率擬合法（ 可變光闌法可變光闌法） 高斯光束通過(guò)高斯光束通過(guò)GRIN透鏡后的強(qiáng)度分布透鏡后的強(qiáng)度分布高斯光束通過(guò)高斯光束通過(guò)GRIN透鏡后不同位置的傳播性透鏡后不同位置的傳播性能能擬合方法擬合方法 雙曲線擬合雙曲線擬合 高斯擬合高斯擬合 )(zfy )(zfy 多項(xiàng)式擬合多項(xiàng)式擬合測(cè)量系統(tǒng)概述測(cè)量系統(tǒng)概述 狹縫法 聚焦物鏡GRIN光斑測(cè)試原理圖1一He-Ne激光器;2一反射鏡1;3一擴(kuò)束器,4一衰減片,5一反射鏡2,6一GRIN樣品,7一顯微鏡8CCD圖圖2GRIN透鏡紅外波段焦斑測(cè)試框透鏡紅外波段焦斑測(cè)試框圖圖1 1一光

7、源一光源,2一準(zhǔn)直物鏡一準(zhǔn)直物鏡,3一被測(cè)樣一被測(cè)樣品品,4一一顯微放大系統(tǒng)顯微放大系統(tǒng)，5 5一探測(cè)器一探測(cè)器;6 6一計(jì)算機(jī)一計(jì)算機(jī);7一顯示器一顯示器探針聚焦性能檢測(cè)系統(tǒng)框圖探針聚焦性能檢測(cè)系統(tǒng)框圖GRINGRIN光纖探針光束性能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖光纖探針光束性能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖后期學(xué)習(xí)計(jì)劃后期學(xué)習(xí)計(jì)劃只能測(cè)得遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的數(shù)據(jù)點(diǎn)00.20.40.60.811.21.41.61.8220253035404550光 束 距 輸 出 端 面 位 置 /nm光斑半徑/nm只 測(cè) 得 遠(yuǎn) 場(chǎng) 區(qū) 的 數(shù) 據(jù) 點(diǎn) 雙 曲 線 擬 合 曲 線四 次 多 項(xiàng) 式 擬 合 曲 線樣 本 點(diǎn)理 論 曲 線00.20.40.60.811.21.41.61.8220253035404550光 束 距 輸 出 端 面 位 置 /nm光斑半徑/nm只 測(cè) 得 遠(yuǎn) 場(chǎng) 區(qū) 的 數(shù) 據(jù)