Профилометры лазерного пучка: принципы работы, преимущества и ограничения
Профилометр лазерного пучка – устройство для анализа и визуализации пучков лазерного излучения.
Профилометры позволяют определять:
- Диаметр пучка,
- Положение центроида,
- Эллиптичность,
- Большую и малую полуоси,
- Эксцентриситет,
А также визуализировать пучки в виде 2D и 3D распределений интенсивности.
Профилометры по принципу работы
По принципу работы профилометры делятся на два типа:
Сканирующие профилометры представляют собой пироэлектрический или фотодиодный детектор и две ортогональные щели, меняющие свое положение по горизонтали и вертикали, сканируя пучок вдоль осей X и Y. Интенсивность каждой выделенной области, которая линейно пропорциональна пространственному распределения пучка, детектируется, и по полученным данным восстанавливается суммарный профиль измеряемого пучка.
Другой тип профилометров имеет КМОП-матрицу или InGaAs сенсор, в которых каждый пиксель является чувствительным элементом, а интенсивность излучения в каждой точке профиля пучка измеряется одновременно.
Преимущества и недостатки
Оба варианта имеют преимущества и недостатки, на которые стоит обратить внимание при выборе профилометра, исходя из применения.
Разрешение и размер измеряемого пучка
- Сканирующие профилометры имеют более высокое разрешение по сравнению с камерой. Минимальный размер пучка, измеряемый профилометром с камерой, 20-30 мкм в зависимости от модели, в то время как сканирующие профилометры могут измерять пучки с диаметром до 2 мкм.
Рабочий спектральный диапазон
- Для профилометров с камерой в основном используют Si детекторы (для 200-1100 нм) и InGaAs детекторы (для ближнего ИК диапазона). За счет того, что в сканирующих профилометрах могут быть использованы оба Si и InGaAs детекторы одновременно или пироэлектрический детектор, такие профилометры покрывают более широкий спектральный диапазон – например, 190 нм - 100 мкм для профилометров с пироэлектрическим детектором.
Максимальная оптическая мощность
- За счет методики проведения измерений и естественной аттенюации из-за перекрытия, сканирующие профилометры способны измерять пучки с мощностью до 10 Вт без дополнительного ослабления излучения. Для профилометров с камерой предел по максимальной мощности 1 Вт, поэтому для измерения более высокомощного излучения необходим дополнительный аттенюатор.
Измерение 2D профиль пучка для разных типов пучков
- При измерении пучка сканирующим профилометром часто полученное 2D распределение интенсивности в пучке не всегда отражает истинный профиль пучка, особенно в случае измерения неоднородных пучков нестандартной формы, так как 1D распределение пучка можно получить только вдоль осей X и Y, а в остальных областях информация теряется, в отличие от профилометров с камерой.
Ниже представлены примеры, как сканирующие профилометры могут искажать профили некоторых типов пучков:
- Эллиптические пучки
- Гомогенизированные пучки
- Кольцевидные пучки
При перемещении щели поперек пучка по осям X и Y профилометр регистрирует суммарный световой поток, проходящий через всю щель, в результате чего информация о форме и ориентации пучка теряется. Однако, при совпадении осей сканирования профилометра X и Y с большой и малой полуосями пучка прибор способен точно характеризовать эллиптичность пучка.
Рисунок 1. Профили эллиптического пучка: (а) полученный на профилометре с камерой, (б) полученный на сканирующем профилометре.
В случае гомогенизированных пучков при сканировании исходный профиль пучка искажается, при сканировании пучка до середины постепенно все больше и больше излучения попадает на детектор через щель, из-за чего в результате профиль с плоского меняется на куполообразный и обретает квадратную форму.
Рисунок 2. Профили гомогенизированного пучка: (а) полученный на профилометре с камерой, (б) полученный на сканирующем профилометре.
При измерении кольцевидных пучков при сканировании центра излучение все равно попадает через щель на детектор, что мешает определить, есть ли темная зона в центре, и точно оценить форму пучка. Аналогично с гомогенизированными пучками при восстановлении пучка форма искажается, и в результате пучок обретает квадратную форму.
Рисунок 3. Профили кольцевидного пучка: (а) полученный на профилометре с камерой, (б) полученный на сканирующем профилометре.
Выбор профилометра
Если необходимо провести «грубые» измерения высокомощных лазеров или круглых однородных пучков малого размера в широком спектральном диапазоне, подойдут сканирующие профилометры производства Ophir, DataRay
|
|
|
|
|
|
Если необходимо более точно и детально анализировать профиль пучков с нестандартным профилем, лучше использовать профилометры с камерой производства LightComm.
LightComm – производитель пассивных волоконных компонентов, лазеров и измерительного оборудования в Китае, с которым компания АО «ЛЛС» уже более 10 лет активно сотрудничает и является эксклюзивным дистрибьютором. Профилометры Lightcomm являются отличной независимой альтернативой продукции Ophir и DataRay.
|
|
|
|
|
|
|
|
Источники: https://dataray.com/blog/true-2d-beam-profiling-advantages-of-camera-profiling-systems
Автор статьи:
Анонсы статей, мероприятий и еще больше научно-познавательного контента по ссылке в нашем Telegram-канале.
