光束質量分析儀(yi) 的原理與(yu) 應用

激光光束質量是激光器的一個(ge) 重要技術指標，它是整個(ge) 光束在空間中傳(chuan) 播的特征。根據ISO標準11146，該參數可由多個(ge) 測量技術在傳(chuan) 播光束的幾個(ge) 點上進行測量。該標準定義(yi) 了幾種測量技術，所有這些技術都是基於(yu) 使用CCD、刀口和狹縫等設備進行的光束輪廓測量。測量的主要要求有兩(liang) 點:一是聚焦光束的測量，二是準直激光的測量。對於(yu) 後者，基本的工作原理是通過透鏡聚焦入射的激光束，在其相對的兩(liang) 側(ce) 形成一個(ge) 腰部位置和一個(ge) 發散光束。通過多次掃描和計算0焦點處的束腰和瑞利長度遠場發散，可以確定M2測量的精確值。

光束質量測量的重要性

在激光材料加工、印刷、切割、數字信息讀寫(xie) 係統等應用中，M2是一個(ge) 非常重要的因素，因為(wei) 光束的輪廓和強度分布可以決(jue) 定材料的整體(ti) 處理性能或每一卷的數據存儲(chu) 能力。在某些場合，特別是大功率場合，通常用光束參數乘積(BPP)代替M2，即光束束腰處的光束半徑和遠場光束發散角的乘積。M2因子也包括波長，如下公式所示。最好的光束質量是一個(ge) 衍射極限的高斯光束，它的M2等於(yu) 1。

BPP = 0

光束輪廓顯示了光束的全部空間特性，包括光束的傳(chuan) 播、光束質量和光束的實用性。另外，它還可顯示如何高效地調整和修改激光器的輸出。在搭建光路或對光學係統進行校準時，如果光束輪廓未知，那麽(me) 將可能得到不可靠的結果。

光束分析儀(yi) 的應用領域

1. 激光器製造

對應激光器製造廠商而言，光束質量M2是一個(ge) 很重要的技術指標。在許多應用係統中，例如流式細胞術、激光印刷、醫療激光、激光切割等，激光器往往作為(wei) 一個(ge) 關(guan) 鍵部件。通過進行光束分析，測量光束的強度分布，可以表征和改善產(chan) 品或生產(chan) 過程，這可以節省大量的時間和降低成本。

2.醫學/生物技術領域

流式細胞術光斑整形

在醫學和生物技術行業(ye) ，激光的應用非常廣泛。光鑷、細胞分揀、DNA測序。這些應用都需要對激光光束進行整形和調整。光束分析儀(yi) 直接檢測光束形狀，檢測光束能否達到期望值，如果不能，就需要進行實時調整。可校準的光束分析儀(yi) 對維護和校準這些醫療激光係統都是非常必要的。激光在生物技術中的應用主要是基因組和蛋白質組“芯片實驗台”探測器的掃描。這種係統使用激光光束識別（或“讀取”）DNA和RNA序列的積木式“字母”或蛋白質的氨基酸成分。光斑質量越好，采樣就越小。光束分析儀(yi) 可以幫助對這一類掃描儀(yi) 進行最後的微調。

3、激光加工領域

高功率激光在切割、焊接、表麵熔覆與(yu) 合金化、表麵熱處理、新材料製備等方麵得到了廣泛應用，其光束特性是影響激光加工質量最重要的因素之一。由於(yu) 激光能在工件上發射精確的功率密度，大多數高功率焊接和切割激光器都利用了激光的這種精密性。為(wei) 了保證使用過程中精度的持續性，監控激光的性能非常重要。

在激光材料加工的實際應用中，為(wei) 了獲得高能量密度，都要將激光束進行聚焦。光束質量越好，得到的聚焦焦斑越小；當需要獲得相同大小的焦斑時，光束質量越好，可采用的聚焦鏡的焦距越長。焦斑大小和形狀影響激光焊接的焊縫寬度，而焦深主要影響焊接所應選擇的材料厚度。在進行激光加工時，對於(yu) 某一加工深度有著一個(ge) 最佳焦距fopt和最佳聚焦直徑dopt，如何匹配最佳的光束聚焦係統，是決(jue) 定加工質量的好壞以及激光器是否處於(yu) 最佳工作狀態的重要因素。

光束的模式特性包括光束質量、光束模式以及光束的橫截麵能量分布。光束模式決(jue) 定了聚焦焦點的能量分布，對激光加工具有重要的影響。光束模式的階次越高，激光束的能量分布越發散，焊接質量越差。

通過合理的光束分析儀(yi) ，比如Duma公司的高功率BeamOn HP係列光束質量分析儀(yi) ，就可以測量光束在真實情況下的工作狀態。它可以精確地測量在工作台上的光束直徑、形狀以及功率分布。提供光束直徑的數值、橢圓率，以及光斑質心的位置。對激光器、聚焦係統和發散係統所出現的問題都可以提前預警。