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          激光器參數解析和如何精確選擇激光產品

          自從1960年世界上第一臺激光器問世至今,激光器已經滲透到生產、科研、醫療和生活等各個領域。在各類應用中,激光器的參數直接決定了使用者對激光光源的選擇。編者在這里整理了常規激光器的一些參數定義并做簡單說明,供大家參考,希望能幫助大家在zui短的時間找到適合自己的激光產品。


          一、輸出功率

          與電能一樣,激光器發出的光也是一種能源,只是它以光能的形成出現。所以激光器的輸出功率與發電廠發電機的輸出功率一樣,是一個度量單位時間內輸出激光能量的物理量,度量單位常用毫瓦(mW)、瓦(W)、千瓦(kW)等。


          二、功率穩定性

          功率穩定性表征的是激光輸出功率在一定時間內的不穩定度,一般分為RMS穩定性峰峰值穩定性。

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          RMS穩定性:測試時間內所有采樣功率值的均方根功率平均值的比值,描述輸出功率偏離功率平均值的分散程度。在CNI laser的網站上,激光器功率穩定性是4小時內的RMS穩定性。

          峰峰值穩定性:輸出功率的zui大值和zui小值之差與功率平均值的百分比,表征的是一定時間內的輸出功率的變化范圍。

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          圖1 CNI激光器功率穩定性測試圖


          三、光束質量因子(M2因子)


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          圖2 CNI激光器M2因子測試圖


          光束質量因子定義是激光束腰半徑光束遠場發散角的乘積與理想基模光束束腰半徑基模發散角乘積的比值,即。

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          光束質量會影響到激光的聚焦效果以及遠場的光斑分布情況,是用來表征激光光束質量的參數,實際激光光束質量因子越接近1,說明光束質量越接近理想光束,它的光束質量就越好。CNI laser 半導體泵浦固體激光器光束質量因子可做到優于1.1。


          四、光斑(橫模)

          垂直于激光傳播方向上某一橫截面上的穩定場分布稱為橫模,激光器的光斑表征的就是橫模分布,通過CCD陣列將橫模分布模擬出來,得到激光器的一些光束特征,如圖所示就是一個TEM00高斯光束的光斑情況。

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          圖3 CNI激光器光斑測試圖(TEM00)

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          除了基橫模(TEM00)外,還有其它一些模式,如下圖:

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          TEM10模指的是在x方向的截面上有一點光強為0

          TEM11模指的就是在x和y方向截面均有一點光強為0


          五、光斑直徑

          對于光斑直徑的測量,一般有套孔法、刀口法、激光輪廓分析儀(CCD)測量等。

          套孔法:由于實驗上很難做到孔與光束同心,因而精確度難保證。


          激光輪廓分析儀(CCD)測試:可保證測量結果的精確度,軟件界面中光斑直徑可提供四種計量方法的測試結果(見圖3),其中zui廣泛使用的是以峰值的13.5%(1/e2)為邊界的定義方法,這種測試方法雖然精度高,但對于高功率的激光器,CCD存在飽和現象,如用衰減器,可能會引起光束畸變。


          刀口法:是測量高功率激光器光斑直徑較理想的方法。取待測激光透過刀口邊緣光功率占總功率10%的刀口位置坐標x1,取待測激光透過刀口邊緣光功率占總功率90%的刀口位置坐標x2,光斑直徑=1.561×|x1-x2|(其中1.561是擬合值)。

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          圖4 刀口法測量光斑直徑

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          用直尺或人眼測量可見光的光斑直徑時,為什么得到的激光光斑直徑要比使用專業的光斑輪廓分析儀測得的光斑直徑要大?

          ——這是因為激光能量強且集中,作用到物體上會有一定發散,而使用光斑輪廓分析儀測量,常用峰值強度的(13.5%)點處的光斑直徑作為測量結果,所以得到的測量結果會相對小。


          六、激光調制

          激光調制就是利用光作為載體,把信號加載到光上,按照應用要求,實現信號的傳遞。一般調制分為外調制和內調制,外調制是指激光器外部進行的機械調制或者聲光調制;內調制指的是電源驅動調制,內調制又分為TTL調制和模擬調制,如圖所示,黃色CH1為輸入的電波形,藍色CH2為調制后的光波形。

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          CNI激光器調制波形圖


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          TTL調制:通過外給激光器輸入一定頻率的高低電平(0V或是5V)直流信號時,低電平閉光,高電平時滿功率輸出,高電平幅值不可調。

          模擬調制:可以自由的調整輸入信號的波形與幅值大小,激光輸出功率隨輸入模擬電壓信號線性改變。



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