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

2、密度過(guò)濾器：相機(jī)（衰減） 光束輪廓儀：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

3、飽和 光斑尺寸（光束太小、太大） CCDCCD探測(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

4、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 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?。?1）使用機(jī)械掃描設(shè)備； 2）使

5、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，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)

6、際光束束腰直徑 2 M 0 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

7、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) 00.20.40.60.811.21.41.61.82 20 25 30 35 40 45 50 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 00.20.40.60.811.21.41.61.82 20 25 30 35 40 45 50 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)