M2測量的幾種解決方案

　　美國Photon公司對于M²的測量有很多解決方案，包括簡單的手動測量和全自動測量。無論是對新的激光器系統(tǒng)的研究與開發(fā)，產(chǎn)品質(zhì)量的保證，還是對現(xiàn)有系統(tǒng)的服務(wù)與維護(hù)，針對激光器和激光系統(tǒng)不同的M²測量頻率要求，Photon都能提供一套系統(tǒng)來滿足用戶的需要。

手動M²測量

　　Photon公司的狹縫掃描和基于相機(jī)的光束質(zhì)量分析儀的軟件包中都有一個M²向?qū)к浖?，其在早期的BeamScan和BeamProfiler產(chǎn)品中被稱做K因子向?qū)к浖?。在NanoScan中這個新的M²向?qū)к浖?，可以讓用戶使用瑞利方法進(jìn)行M²的測量。Photon公司還有一個手動調(diào)節(jié)的瑞利裝置(RAL-FXT)，和M2向?qū)к浖浜鲜褂每梢暂p松測量M²。

瑞利方法測量M²

　　M²就是對激光傳輸?shù)臏y量，它量化了激光光束的質(zhì)量。理想的TEM₀₀高斯光束的M²=1，這是理論上的最佳激光傳輸。在透鏡公式中：

　　最小焦點(diǎn)尺寸

　　M²=1時對最小焦點(diǎn)尺寸d0沒有影響，d0只與波長λ和發(fā)散角θ有關(guān)，這也是大部分激光器制造商想讓M²接近1的原因。

　　瑞利方法就是在光束傳播的軸線上使用一個測試透鏡和一些可以移動光束分析儀的裝置，用分析儀找到透鏡產(chǎn)生的束腰的位置，并測量其直徑，然后把分析儀移動到測試透鏡最近處光斑直徑= QUOTE d0的位置，記錄下這個位置后再把分析儀移動到測試透鏡最遠(yuǎn)處光斑直徑= QUOTE d0的位置，這兩個位置叫瑞利點(diǎn)，瑞利點(diǎn)之間的距離2Zr和d0值輸入到下面的公式就可以得到M²值。

2zr是瑞利點(diǎn)間的距離, d0是束腰直徑, λ是激光器波長，M2（k因子）向?qū)к浖龑?dǎo)用戶經(jīng)過一系列步驟計算出M²值。下面顯示的就是NanoScan 的M²向?qū)к浖袦y量M²的五個步驟（k因子向?qū)к浖氖褂眉捌漕愃疲?/p>

第一步-輸入波長并選擇測量方法

第二步-束腰的測量       

第三步-找到近端瑞利點(diǎn)的目標(biāo)值：Zneg

第四步-輸入Zneg值，找到遠(yuǎn)端瑞利點(diǎn)的目標(biāo)值：Zpos

第五步-輸入Zpos值，軟件自動計算出M2值。

瑞利范圍移動測量裝置和向?qū)к浖瑫r使用

　　瑞利裝置包括一個底座，一個滑軌和一個數(shù)字千分尺。底座(5.4×10.2×0.38英寸)的中心有一系列?-20螺絲固定孔，用來安裝聚焦透鏡。通過調(diào)節(jié)在底座上的不同位置，掃描頭在滑軌上的最大移動距離在6英寸以上?？梢园殡S滑動的具有手動調(diào)零功能的Mitutoyo千分尺對掃描頭的位置和/或移動距離可以提供幾十微米的精度。

1. 測量束腰：利用瑞利裝置，用戶可以緩慢移動光束分析儀通過測試透鏡產(chǎn)生的束腰，NanoScan的M²向?qū)к浖涗浵耎軸和Y軸的最小束腰直徑。

2. 確定瑞利范圍 2Zr：利用瑞利裝置把掃描頭移動到最接近測試透鏡的瑞利點(diǎn)，并記錄下千分尺上顯示的位置值。通過同樣的方法得到離透鏡最遠(yuǎn)的瑞利點(diǎn)的位置值，軟件將會計算出光束兩個軸向的M²值。

自動M²測量

　　Photon公司有幾種自動測量M²的方法，其中ModeScan就是按照ISO 11146方法和全自動瑞利方法專門測量M2的全自動測量系統(tǒng)。ISO方法要求用戶沿著光束傳播的軸向輸入十個測量點(diǎn)，5個點(diǎn)在束腰附近，5個點(diǎn)在測試透鏡的兩個瑞利范圍之外，設(shè)置完成后，整個M²的測量時間不超過20秒。專門的ModeScan軟件除了會顯示每個軸向的M²值之外，還會顯示K因子(1/M²)，實際的束腰直徑、位置以及光束瑞利范圍這些光束傳輸?shù)膮?shù)。

　　ModeScan也可以使用瑞利方法來自動測量M²，選擇瑞利方法后，ModeScan可以找到束腰和兩個軸上的瑞利點(diǎn)，同ISO方法一樣，它也會顯示光束傳輸?shù)母鱾€參數(shù)。這個測量方法是全自動的，除了最初的設(shè)置和需要輸入波長和透鏡參數(shù)外，就不再需要用戶的干預(yù)。由于需要找到實際的束腰和瑞利點(diǎn)，所以這個方法的測量時間要比ISO方法長一些，雖然全部的測量時間與被測激光器有關(guān)，但通常也不會超過2或3分鐘。它的優(yōu)點(diǎn)是全自動測量，測量時操作者可以繼續(xù)從事其它工作。