CMOS相机：激光光束分析的科技先锋

  在当今激光技术蒸蒸日上的时代，对激光光束特性进行精确的测量与分析具有至关重要的意义。激光光束的形状、大小以及强度分布等参数，会直接影响激光在各领域的应用成效。国仪光子自主研制的激光光束分析仪，为激光光束特性测量的难题提供了专业的解决途径。

  在多样化的激光应用场景中，对光束的要求呈现出显著差异。不同场景下，所需的光束类型涵盖无像散光束、大像散光束、高斯型光束、平顶光束甚至更复杂的光束。并且，在工作进程中，激光焦点会随时间和环境的改变而发生移动。基于CMOS相机的激光光束分析仪，以低成本且简便的方式实现了光束质量的测量。将相机置于光路，光束各位置的相对强度会被数字化记录，随后借助相机PC软件对该位置的光束质量进行显示和分析。CMOS相机的传感器是由数百万个独立元件构成，能够捕捉整个激光束，进而生成光束轮廓图像。此传感器与智能手机和数码相机的传感器有相类似的地方，但它是专门为测量激光光束轮廓而设计的。其可测量的激光波长范围为350 - 1150nm，还能通过适配器进一步拓展。

  CMOS传感器的特性决定了可测量激光束的最大与最小尺寸。最小光束尺寸由像素间距，也就是传感器中每个单独元件间的距离所决定。一般而言，激光束至少要辐照10个像素，例如当相机像素间距为5.5μm时，可测量的激光束最小直径为55μm。而最大光束尺寸则取决于传感器的面积，部分传感器尺寸较小，仅有几毫米宽，还有些呈长方形，这既限制了可测最大光束尺寸，又增加了激光准直的难度。国仪光子的激光光束分析仪产品像素大小为2.9x2.9μm，光斑检测直径范围为29μm - 4.4mm，能够很好的满足更广泛的测量需求。

  激光光束分析仪的工作核心依托于对光束传输函数的测量。光束传输函数能够精确描述光束在传输过程中的变动情况，通过对传输中光束的大小、强度分布以及相位变化做测量，便可获取该函数。其测量系统主要由光学元件、探测器和数据处理系统组成。光学元件的作用是对光束进行调制与聚焦，探测器负责接收光束并测量其强度分布和相位变化，数据处理系统则对测量结果做处理与分析。

  为了获取高质量的激光光束轮廓，可以对相机的曝光时间（快门时间）和增益做调整。若设置了背景减法，软件会自动对这些参数做调整。背景减法能够使相机识别环境光，忽略其影响，仅显示激光光束轮廓，具体操作的流程为遮挡激光、拍摄图像，然后解除遮挡。

  相机安装并对准激光后，能够拍摄光束轮廓图像并传输至PC软件做多元化的分析。在相关软件中，图像可以以2D或3D的方式来进行查看，每个像素的相对强度以垂直轴高度显示，软件还会显示传感器上光束中心的X、Y坐标以及光束直径。若存在像散，会分别显示X轴和Y轴直径，同时软件支持其他高阶测量，并提供不同的光束直径计算方式选项。

  国仪光子的激光光束分析仪可以在一定程度上完成激光光斑检测及测试应用，适用于半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、超快激光器、激光测距等多个领域。其典型应用包括激光器光斑测量、激光光斑模式缺陷检验测试、准直器光斑检测、光纤对准耦合分析、光学器件质量检查、外光路准直等。

  光束强度分布研究：光束强度分布对激光器的性能和应用有着重大影响。通过该分析仪的测量系统，能了解光束强度分布情况及有几率存在的问题。光束聚焦效果分析：光束聚焦效果关系到激光器的应用效果和成像质量。借助分析仪的测量系统，能够评估激光器的聚焦性能并找出问题。激光光束形态测量：利用激光光束分析仪的测量系统，可以对激光光束的形态做测量与分析，测量结果能够反映光束的大小、形状和偏振等特征，为激光器的设计和优化提供重要参考。

  激光光束的形状、大小和特性是决定激光能量能否有效吸收的关键要素。光束尺寸的微小变动会对功率密度产生显著影响，光学元件的污染、装配失误或光学系统的时间变化都会对光束质量造成影响。激光光束分析仪能够验证光学系统各环节是不是正常运行。

  光束轮廓分析：能够实时显示激光光束的二维强度分布，生成三维强度分布图，直观呈现光束形状和强度变化。光束参数测量：可以测量光束直径（常用1/e²或FWHM方法）、发散角、椭圆度，评估M²因子以判断光束质量。功率密度分布：分析光束横截面的功率密度分布，测量光束中最强点的强度。光束位置和指向稳定性：监测光束中心位置和方向的稳定性。光束质量评估：通过M²因子等参数评估光束质量，识别光束中的模式成分。实时监测与记录：实时显示光束特性，便于即时调整，同时记录测量数据用于后续分析和报告。多波长支持：支持多种波长的激光光束分析，适用于不同激光源。自动校准与诊断：自动校准传感器和光学系统，确保测量精度，提供系统状态诊断功能，保障设备正常运行。用户友好的软件界面：提供多种数据分析工具，如剖面线分析、等高线图等，自动生成测量报告，方便存档和分享。

  兼容性与扩展性：兼容多种激光系统，适用于不同激光器和光学系统，支持通过软件升级或硬件扩展增加新功能。

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