光斑分析儀怎么選？相機(jī)式VS掃描狹縫式，一文讀懂它們的優(yōu)缺點(diǎn)！

  ICC訊 本文將從可測(cè)光斑大小、功率大小、脈沖激光測(cè)量、光斑類型等四個(gè)方面將相機(jī)和狹縫式光斑分析儀進(jìn)行對(duì)比介紹，簡(jiǎn)述光斑分析儀該如何選擇，以期起到概念普及和拋磚引玉的作用，讓讀者能夠更好的根據(jù)自己需求進(jìn)行選擇。

  1、可測(cè)量光斑大小

  相機(jī)式光斑分析儀是基于相機(jī)成像靶面接收光斑并成像的原理實(shí)現(xiàn)，所以可測(cè)量的最大光斑由相機(jī)sensor的有效尺寸決定，通?？蓽y(cè)10mm直徑的光斑。目前，相機(jī)式接收靶面像元大小為5.5um，意味著可測(cè)最小光斑是55um（10倍像元）。

  當(dāng)光斑僅有幾個(gè)像素大小時(shí)，相機(jī)式便無能為力了，這時(shí)掃描狹縫式光斑分析儀優(yōu)勢(shì)得以凸顯，它是基于兩條正交狹縫分別掃描光斑的XY軸，然后得出整個(gè)光斑的形態(tài)。刀口掃描模式可測(cè)量最小2.5um大小光斑。所以掃描狹縫式光斑分析儀對(duì)微米級(jí)光斑測(cè)試有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

  2、功率大小

  由于相機(jī)只能承受微瓦量級(jí)的功率，過高的功率會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器飽和，即超過閾值像素將無法對(duì)能量的變化做出反映，造成光斑的失真，也就是我們常說的過曝。所以利用相機(jī)式光斑分析儀準(zhǔn)確測(cè)量光斑時(shí)，需要將激光信號(hào)的功率衰減到飽和光功率以下才能正確測(cè)量光斑。

  相機(jī)式能測(cè)試的功率范圍與外部衰減息息相關(guān)，如Beamhere相機(jī)式光斑分析儀標(biāo)配6片衰減片應(yīng)對(duì)不同功率測(cè)試需求，最高可測(cè)1W的激光光斑。

  相比之下，掃描狹縫式的可測(cè)功率就要高的多，掃描狹縫式光斑分析儀每次只會(huì)允許狹縫處的光透過并采集功率值，不會(huì)一次接收全部的光功率，這使得掃描狹縫式光斑分析儀的可以測(cè)試近10W的高功率激光。

  3、脈沖激光測(cè)量

  對(duì)于不同脈沖激光器，狹縫式的光斑分析儀由于只允許狹縫部分的光透過，測(cè)量脈沖激光時(shí)需要精確控制狹縫位置與掃描頻率，才能讓脈沖激光通過狹縫被采集到。當(dāng)激光重頻與狹縫掃描頻率嚴(yán)重不匹配時(shí)，狹縫就無法掃描到一個(gè)完整的光斑。相比之下，相機(jī)式光斑分析擁有連續(xù)測(cè)量模式與外部觸發(fā)模式，只需要同步相機(jī)和激光，即可采集完整的單脈沖光斑，適合絕大多不同的脈沖激光測(cè)量。

  4、光斑類型

  通常多數(shù)激光器諧振腔輸出的光斑形態(tài)都是高斯或近高斯分布，針對(duì)高斯或近高斯分布的光斑，相機(jī)式與狹縫式雖然測(cè)量原理不同，但都能正確的反映其形態(tài)。

  狹縫式基于其狹縫掃描的測(cè)試原理，用狹縫依次掃描光斑的不同位置，所有透過狹縫的光將被采集，相當(dāng)于光在狹縫的方向（圖中紅色箭頭）上進(jìn)行累加，得到圖片右側(cè)輪廓的點(diǎn)，進(jìn)而擬合出高斯輪廓。

  相機(jī)式基于相機(jī)靶面成像的原理，光斑的形態(tài)由眾多像素的亮暗程度給出，所以我們只需要取光斑中心的一列像素值（圖中紅線）就可以得到一個(gè)側(cè)面輪廓圖。

  在實(shí)際激光應(yīng)用中，光斑并非總是呈高斯分布的基橫模形態(tài)，往往會(huì)出現(xiàn)許多不規(guī)則分布或高階橫模的情況。比如光鑷系統(tǒng)中的貝塞爾光束，我們希望能量盡可能集中在中心光斑處，所以用光斑分析儀來驗(yàn)證其質(zhì)量。

  相機(jī)式光斑分析儀成像是由像素陣列同時(shí)接收并反饋出光斑截面不同位置的形態(tài)，所以即使能量分布不規(guī)則或非高斯分布含高階橫模的光斑也能由相機(jī)款光斑分析儀準(zhǔn)確的測(cè)量。

  同樣，光在狹縫的方向（圖中紅色箭頭）上進(jìn)行累加，得到圖片右側(cè)輪廓的點(diǎn)，但復(fù)雜的光斑在狹縫方向上還是存在的非規(guī)則的能量分布，累加后就失去了這個(gè)能量分布的信息。得到輪廓曲線是光斑在這個(gè)輪廓方向上的總和輪廓，光斑中的凹陷細(xì)節(jié)失真了。

  相機(jī)式在復(fù)雜光斑的處理上則更加合適，選取光斑中心的一列像素值（圖中紅線），這一列像素中的不同像素依舊能反映這一部分光斑的能量分布特征，從圖中可以看到他對(duì)于光斑中的凹陷正確的反映出來。

  狹縫式的則是將透過狹縫的光功率匯總為XY軸輪廓曲線上的一點(diǎn)，所以會(huì)導(dǎo)致無法反映復(fù)雜光斑的形態(tài)。

  綜上所述，將狹縫式與相機(jī)式光斑分析儀特點(diǎn)總結(jié)如下表:

  相機(jī)式光斑分析儀和掃描狹縫式光斑分析儀基于不同的原理對(duì)光斑進(jìn)行采集與分析，在絕大多數(shù)場(chǎng)景二者是可以相互替代的，然而在一些特殊的光斑測(cè)試情境中相機(jī)式光斑分析儀和掃描狹縫式光斑分析儀的優(yōu)缺點(diǎn)形成了非我即你的互補(bǔ)態(tài)勢(shì)，二者優(yōu)劣組合實(shí)現(xiàn)最廣泛光斑種類的測(cè)試能力。了解更多有關(guān)內(nèi)容，可訪問維度光電官網(wǎng)  www.dimension-labs.com

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