利用光束质量分析仪测量M2

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激光光束质量参数测量的实验研究讲解

第24卷第6期2000年12月激光技术LASERTECHNOLOGYVol.24,No.6December,2000激光光束质量参数测量的实验研究赵长明(北京理工大学光电工程系,北京,100081)摘要:采用CCD系统实验测量了LD泵浦Nd∶YAG激光器的光束质量参数,研究了CCD系统的背景噪声特性和积分区域选取对光束质量参数测量的影响,从实验数据中得到以下结论:(1)在有、无背景光两种条件下,背景记数强烈地依赖于曝光时间和像素的合并,温度影响可以忽略不计;(2)为获得M2合理的测量结果,至少要选择5%积分区域。

关键词:M2因子CCD摄像机光束质量InvestigationontheexperimentalmeasurementoflaserbeamqualityZhaoChangming(Dept.ofOpticalEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing,100081) Abstract:ThebeamqualityofaLDpumpedNd∶YAGlaserismeasuredwithCCDcamerasyst em. ThebackgroundcharacteristicsoftheCCDsystemandtheinfluenceofthesizeofintegralboxup onmeasurementresultsareinvestigated.Thefollowingconclusionscanbederivedformexperi mentalresults:(1)Backgroundisstronglydependuponexposuretimeandpixelbinning,whilet emperaturehasanignorableeffectuponit,whetherwithorwithoutambientlight.(2)A5%2cuti stheminimumvalueinordertogetareasonableresult.Keywords:M2factor CCDcamera beamquality引言激光光束质量参数,即M2因子的测量是近几年研究的一个热点。

光束质量分析仪原理

光束质量分析仪原理光束质量分析仪是一种用于测量光束质量的仪器。

光束质量是指光束的聚焦能力，也可以理解为光束的准直性和纵向相干性。

光束质量分析仪的基本原理是通过测量光束在空间上的偏离程度来评估光束的质量。

这种偏离可以通过测量光束的发散角、束腰位置和束腰直径等参数来实现。

在光束质量分析仪中，一种常用的测量方法是通过使用探测器阵列来接收光束，并分析光束在阵列上的分布情况。

一般来说，探测器阵列由多个单元组成，每个单元都可以独立地测量光的强度。

根据测量得到的光强分布图，可以得到光束的发散角、束腰位置和束腰直径等参数。

对于高功率激光光束，由于激光束的强度非常高，普通的探测器不能直接接收。

这时可以使用热像仪作为探测器。

热像仪是一种能够将光束的强度转换为热像的仪器。

通过测量热像的分布情况，可以得到光束的质量参数。

除了使用探测器阵列和热像仪，光束质量分析仪还可以使用干涉仪来评估光束的质量。

干涉仪利用光的干涉原理，通过比较光束与参考光束的干涉图案来分析光束的质量。

常见的干涉仪有迈克尔逊干涉仪和扫描干涉仪。

利用干涉仪的干涉图案，可以测量光束的相位、相干长度和相干时间等参数，从而评估光束的质量。

为了提高光束质量分析的准确性，通常需要进行校准。

校准的方法主要有两种：一种是使用已知标准光束进行校准，另一种是与其他光束质量分析仪进行对比校准。

通过校准，可以消除仪器本身引起的误差，并获得更准确的测量结果。

光束质量分析仪在激光加工、激光成像和激光通信等领域得到广泛应用。

通过准确评估光束的质量，可以提高光束在空间传输中的稳定性和准直性，从而提高激光器的工作效率和成像质量。

总结起来，光束质量分析仪是一种用于测量光束质量的仪器，通过测量光束在空间上的偏离程度来评估光束的准直性和纵向相干性。

常用的测量方法包括使用探测器阵列、热像仪和干涉仪等。

通过校准可以提高测量的准确性。

这种仪器在激光加工、成像和通信等领域具有广泛的应用。

光束质量M2因子测试及分析实验报告

实验名称：光束质量M2因子测试及分析实验目的1、了解M2因子的概念及M2因子评价光束质量的优越性；2、掌握M2因子的测量原理及测量方法；3、掌握测量激光器的腰斑大小和位置的方法。

实验原理1988年，A.E. Siegman利用无量纲的量——光束质量因子，较科学合理地描述了激光束质量，并由国际标准组织ISO采纳。

光束质量因子又被称为激光束质量因子或衍射极限因子，其定义为实际光束的束腰宽度和远场发散角的乘积理想光束的束腰宽度和远场发散角的乘积M2因子定义式中同时考虑了束宽和远场发散角的变化对激光光束质量的影响。

在二阶矩定义下，利用与量子力学中不确定关系类似的数学证明过程可得 M2≥1，它说明小的束宽和小的发散角二者不可兼得。

当M2=1时，激光束为基模高斯光束；当M2>1时，激光束为多模高斯光束。

当激光光斑为圆斑时，光束质量因子M2可表示为式中为光束束腰宽，为光束的远场发散角，A 为激光波长。

根据国际标准组织提供的ISOlll46—1的测量要求设计测试方案。

采用多点法测量光束质量因子，就是在激光束的传输方向上测量多个位置处的激光参数。

利用曲线拟合的方法求得各激光参数。

CCD 通过数据采集卡连接到计算机，二阶矩定义的光束宽度通过编程确定，在计算机上可以读到束宽的大小。

对测量结果采用多点双曲线拟法拟M2 = ━━━━━━━━━━━━━━━━合或抛物线拟合，求出按二阶矩定义束宽的传输方程中3个系数a i、b i；、c i后，就可以计算出相应的光束参数对于束腰不可直接测量的激光柬(绝大多数激光器产生的激光都是发散的)，先要用无像差透镜进行束腰变换。

实验测量两台会聚光束He-Ne激光器(一台是基模的，一台是多模的)M2因子和其腰斑的大小与位置、发散角及瑞利长度。

根据透镜对高斯光束的变化规律，可以根据以下公式算出和Z0。

从而求出激光器腰斑的大小和位置。

实验数据记录及处理①基模激光的拟合图像原始实验数据Waist Width X 0.538 mm Waist Width Y 0.583 mm Divergence X 3.374 mrad Divergence Y 3.304 mrad Waist Location X 232.03 mm Waist Location Y 233.64 mm M2 X 2.2532 M2 Y 2.3898 Rayleigh Range X 159.47 mm Rayleigh Range Y 176.33 mm Wavelength 632.8 nm Focal Length 100 mm Laser Location 507 mm Z-Position X Width Y Widthmm mm mm 106.55 0.2303 0.21891116.55 0.21483 0.22191126.55 0.25671 0.27044136.55 0.30434 0.31553146.55 0.29206 0.30925156.55 0.32241 0.34863166.55 0.36897 0.40218176.55 0.4072 0.44172186.55 0.48755 0.5182196.55 0.54782 0.56461206.55 0.63207 0.68761216.55 0.69338 0.73035226.55 0.7324 0.76752236.55 0.81272 0.85872296.55 1.3694 1.4259346.55 1.7949 1.858拟合的X轴方向双曲线为，拟合得到的腰斑位置为116mm，大小为0.292mm；拟合的Y轴方向双曲线为，拟合得到的腰斑位置为112mm，大小为0.278mm；由以上数据，编写程序计算后可得：X轴方向的激光器腰斑大小和位置为Y轴方向的激光器腰斑大小和位置为②多模激光的拟合图像实验结论实验测得的激光器基模光束X轴方向质量因子M x2的值为2.2532，腰斑位置z0x的值为376.033mm，腰斑大小dσ0x的值为0.168972mm；Y 轴方向质量因子M y2的值为2.3898, 腰斑位置z0y的值为398.756mm，腰斑大小dσ0y的值为0.191698mm.激光器多模光束质量因子M x2的值为2.0554，M y2的值为2.1228.。

m2激光模式的测量实验报告

m2激光模式的测量实验报告篇一：M2激光模式测量激光模式（M2）的测量一、实验的目的和意义如何评价一个激光器所产生的激光光束空域质量是一个重要问题。

人们根据不同的应用需要将聚焦光斑尺寸、远场发散角等列为衡量激光光束空域质量的参数。

但由于当激光通过光学系统后，光束的光腰尺寸和发散角均可改变，减小腰斑直径必然使发散角增加。

因此单独用其中之一来评价激光光束空域质量是不科学的。

人们发现：经过理想的无像差的光学系统后“束腰束宽和远场发散角的乘积不变”，而且可以同时描述光束的近场和远场特性。

目前国际上普遍将“光束衍射倍率因子M”作为衡量激光光束空域质量的参量。

它的一般定义为：M22?实际光束的腰斑半径与远场发散角的乘积基模高斯光束的腰斑半径与远场发散角的乘积（1）激光光束传输质量因子M2是一种全新的描述激光光束质量的参数。

本实验介绍了M2的物理概念、物理意义、特点及测量方法。

并对下面三个方面进行了解。

1 2 3了解M的定义；了解M2实验原理；了解M的测试过程；22二、实验原理（一）、M2的物理意义图1如图1所示，对于基模的高斯光束我们可知?0??2?? （2）式中?0是基模光束束腰半径，θ是基模光束的远场发散角。

W0??M?0?W0?2?2根据定义式（1）可知对于实际光束有M2，即2W0????4?（3）式中W0代表实际光束的束腰半径，Θ代表实际光束的远场发散角[3]。

下面我们根据“束腰的束宽和远场发散角的乘积不变原理”对M进行推导。

2图2无像差透镜对束腰和发散角的变换d0??d0??const’’（4）式（4）可由量子力学的测不准原理来解释：在束腰处光子的位置不确定度是?X,?X最小值是单模高斯光束束腰束宽d0；光子的横向不确定度是?Px?h?Px,在近轴近似条件下h??sin???（5）式中h为普朗克常数，?最小值是单模高斯光束远场发散角???4?d0（6）4?X??P?根据测不准关系：对一般光束束腰处有：?X?D0?h（7）?Px?h?D0??? 代入Eq有4?? （8）2M?D0?d0???4?定义光束质量因子M为：2D0??1（9）又因为实际光束的截面常常不是圆形的，即光束的光强分布不是对称的或存在像散时，光束质量应用两个参数来描述：?M????M??2x???4?D0x?xD0y?y2y?4?4?M2x、M2y是分别表示X方向和Y方向的光束质量因子。

基于CCD测量激光光束质量m2

ｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｉｆｔｔｈｅｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃｃｕｒｖｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｉｆｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｙｉｅｌｄｅｄｌａｓｅｒｂｅａｍ
摘要：设计并搭建了一套基于ＣＣＤ测量激光光束质量Ｍ２的系统。采用ＣＣＤ测量激光光束在不同位置处的
光束直径，通过非线性最小二乘法拟合测量数据获得光束腰斑直径和远场发散角，再通过公式计算得到激光光束质量Ｍ２。利用本系统测量多组数据，并与专业仪所测的数据进行对比，二者一致性较好，表明采用本实验装置测量激光光束质量可以有效地替代仪。
基于ＣＣＤ测量激光光束质量Ｍ
陈诚，郑加金，韦玮，韩晓晓，于广礼，周军
（１．南京邮电大学光电工程学院，江苏南京２１００２３；２．南京先进激光技术研究院，江苏南京３０００７１）２１００３８３．光学信息技术科学教育部重点实验室南开大学，天津
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＣＣＤｔｏｍｅａｓｕｒｅｌａｓｅｒｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｂｕｉｌｔ．ＣＣＤｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｌａｓｅｒｂｅａｍｄｉａｍｅｔｅｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｄａｔａｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｔｈｅｎｃｕｒｖｅｉｔｆｔｅｄｔｏｔｈｅｂｅａｍｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｈｅｒｅｔｈｅｎｏｎ — ｌｉｎｅａｒｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄ

激光器系统的性能评估与优化方法

激光器系统的性能评估与优化方法激光器系统在现代科技和工业领域扮演着重要角色。

激光器的性能评估和优化是确保系统工作稳定和提高工作效率的关键步骤。

在本文中，将重点讨论激光器系统的性能评估和优化方法，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。

首先，激光器系统的性能评估是通过一系列的实验和测试来完成的。

在评估性能时，可以关注以下几个方面：光束质量、功率输出稳定性、转换效率和波长稳定性。

光束质量是激光器输出光束的空间分布和模式的度量，决定着光束的聚焦能力和束腰直径。

功率输出稳定性是指在一段时间内输出功率的波动范围，通常以百分比表示。

转换效率是指输入电功率与输出光功率之间的比值，反映了激光器能量的利用效率。

波长稳定性是指激光器输出光的波长在一定时间范围内的稳定性。

在进行激光器系统性能优化时，需要通过以下几个步骤来实现。

首先，确定性能评估的指标和标准。

根据所需的实际应用需求，选择适当的性能指标进行评估。

其次，对激光器系统进行设计和改进。

这包括选择合适的激光器器件、光学元件和电子控制系统，以及进行系统的优化布局和排布。

第三，进行参数优化。

通过对激光器系统中各个参数的调整和优化，如激光器泵浦电流、光路长度和输出镜片反射率等，来提高系统的性能。

最后，进行系统测试和验证。

通过实验和测试，验证性能优化的效果和稳定性，确保系统能够在实际应用中正常运行。

在激光器系统性能评估和优化中，有几个常用的方法和技术。

首先，可以使用光学仪器来测量激光器系统的光束质量、功率输出稳定性和波长稳定性等参数。

例如，可以使用光束质量分析仪来测量光束的M²值，以评估光束质量。

其次，可以使用功率计和功率稳定仪来测量输出功率和功率稳定性，以评估功率输出稳定性。

同时，可以使用光谱仪来测量波长稳定性。

此外，还可以通过相机和像素计数器等设备来进行光束的成像和光斑分析，帮助评估光束的空间分布和聚焦效果。

除了实验和测试，还可以使用模拟和仿真方法来评估和优化激光器系统的性能。

激光束质量因子M2的概念及测量的方法

激光束质量因子M2的概念及测量的方法1988年，A.E.Siegman利用无量纲的量——光束质量因子M2较科学合理地描述了激光束质量，并由国际标准组织(ISO)采纳。

M2克服了常用的光束质量评价方法的局限，对激光光束的评价具有重要意义。

激光束质量因子M2的概念M2因子被称为激光束质量因子或衍射极限因子，其定义为：实际光束束腰宽度和远场束散角的乘积比上基模高斯光束的束腰宽度和远场束散角的乘积。

对于基模（TEM00）高斯光束，光束质量因子为1，光束质量最好，而实际中均大于1，表征实际光束相对于衍射极限的倍数，即Times-diffraction-limited。

光束质量因子可以表示为：M2＝πD0θ／（4λ）。

光束质量因子的参数同时包含了远场和近场特性，，能够综合描述光束的品质，且具有通过理想介质传输变换时不变的重要性质。

而由上式可知，对光束质量因子的测量，归结为光束束腰宽度和光束远场发散角的测量。

激光束宽D的定义和束腰宽度D0对光束束宽的定义有多种，如半强度定义、1/e2强度定义等，较严格而通用的是强度矩量分析法，即光束束宽正比于光束横截面上光强分布的二阶中心矩（方差），在直角坐标系中，光束在Z处能量/功率密度分布函数的二阶矩表示为：(2)(3)式中，，是光束横截面归一化的能量/功率密度分布函数的一阶矩，其表达式为：：(4)(5)在Z处，x方向和y方向光束束宽D x和D y表示为：D x＝4σx（z）；D y＝4σy（z）(6)光束束宽最小处即为光束束腰D0，其位置为Z0。

假如光束束腰能够直接测量，可沿光束传播轴Z测量不同位置的束宽D，然后利用双曲线拟合来确定光束束腰的大小和位置。

双曲线拟合公式如下：D2＝A＋BZ＋CZ2(7)D2x＝A x＋B x Z＋C x Z2(8)D2y＝A y＋B y Z＋C y Z2(9)确定系数A,A x,A y,B,B x,B y,C,C x,C y后,束腰的位置Z0及宽度D0表示为：(10)(11)如果束腰的宽度和位置不能够直接测量，可利用一无像差的聚焦透镜，对激光束进行变换，测量变换后不同位置Z处的光束束宽D′，然后利用公式(7)，(8)，(9)确定双曲线模拟公式，由公式(10)，(11)求出模拟腰斑直径D′0和位置Z′0。

光束质量分析仪的相关应用知识了解下

光束质量分析仪的相关应用知识了解下光束质量分析仪是一款符合标准的测量设备。

测量过程中，固定的透镜和高速的自动光学导轨使得相机可以快速的采集到从近场到远场多个位置的激光光斑，测量、传输以及激光功率衰减全部由软件自动控制。

在工作过程中造束腰透镜和相机位置固定，通过两片反光镜在光学导轨上的自动移动，相机就可以的捕捉到从近场到远场不同位置的激光光斑，再通过软件进行数据分析与计算，从而得到M2值、发散角、束腰大小等参数。

光束质量测量的重要性在激光材料加工、印刷、切割、数字信息读写系统等应用中，M2是一个重要的因素，因为光束的轮廓和强度分布可以决定材料的整体处理性能或每一卷的数据存储能力。

在某些场合，特别是大功率场合，通常用光束参数乘积(BPP)代替M2，即光束束腰处的光束半径和远场光束发散角的乘积。

M2因子也包括波长，如下公式所示。

光束质量是一个衍射极限的高斯光束，它的M2等于1。

BPP = ∗ 0光束轮廓显示了光束的空间特*，包括光束的传播、光束质量和光束的实用性。

另外，它还可显示如何地调整和修改激光器的输出。

在搭建光路或对光学系统进行校准时，如果光束轮廓未知，那么将可能得到不可靠的结果。

光束分析仪的应用领域：1．激光制造工业激光二极管和VCSELs都是半导体激光器，有着比近轴光束更大的发散角。

从典型的激光腔中检测这类激光不容易。

通常重要参数包括：功率输入-光强输出曲线-称为LI或LIV曲线、光束的光谱以及发散角。

由于半导体激光器的发散角较大，需要用透镜聚焦得到可用光束。

光束形状和发散特点可以得出光学设计中设备的工作情况。

2．制图和印刷工业激光印刷工业利用光束分析仪来设计和制造激光打印机的核心部分—激光扫描单元（LSU）。

光束质量分析仪

光束质量分析仪光束质量分析仪是一种用于测量和评估光束质量的仪器。

它可以用来分析光束的参数，进而评估光束的质量，并提供有价值的信息，以指导光学设计和光学系统的优化。

光束质量是指光束的均匀性、聚焦度、稳定性和纯度等特征。

对于许多光学应用来说，光束质量是一个重要的参数，它直接关系到光学系统的性能和效果。

因此，光束质量的分析是非常重要的。

在过去的几十年中，随着科学技术的发展，人们对光束质量的要求越来越高。

从激光技术到光通信，从医疗设备到工业加工，都需要高质量的光束。

因此，光束质量分析仪的发展变得越来越重要。

光束质量分析仪通常由光学设备、光学元件和电子仪器组成。

它可以通过测量和分析光束的强度分布、平坦度、大小和波前形状等参数，来评估光束的质量。

光束质量分析仪可以提供定量化的数据，例如光束的M²因子。

M²因子是衡量光束质量的重要参数，它描述了光束的聚焦能力和均匀性。

通过测量光束的M²因子，我们可以判断光束是否满足特定的需求，以及如何优化光束的质量。

光束质量分析仪还可以提供光束截面的形状信息，例如光斑的大小和形状。

这对于光束的聚焦和照射效果非常重要，尤其是在实验和工程应用中。

使用光束质量分析仪可以帮助设计师和工程师更好地理解光束的特性，并进行相关的优化。

通过获取准确的光束质量数据，他们可以根据实际需求来选择合适的光学元件和光路布局，从而达到更好的光学效果。

光束质量分析仪的应用范围非常广泛。

它可以应用于激光器的研究和调试，光学元件的质量控制，光学系统的性能评估等领域。

同时，它也可以用于工业生产线的实时监测和质量控制，确保产品的一致性和可靠性。

在未来，光束质量分析仪将继续发展和演变。

随着光学技术和应用的不断创新，对光束质量的要求会越来越高。

因此，光束质量分析仪需要不断地提升自身的性能和功能，以应对不断变化的需求。

总结来说，光束质量分析仪是一个重要的光学仪器，它可以用于测量和评估光束的质量，并提供有价值的信息，用于光学设计和光学系统的优化。

光束质量分析仪

光束质量分析仪
光束质量分析仪是一种用于测量和评估光束质量的仪器，是光学领域中重要的
分析工具。

它能够帮助研究人员和工程师了解光束在传输过程中的性能和特性，对于许多光学应用和系统设计具有重要意义。

工作原理
光束质量分析仪的工作原理基于光学光路的设计和光束特性的测量。

通过控制
光学元件和光电探测器，可以实现对光束的聚焦、分束、滤波、传输等操作。

然后利用光电探测器采集的数据，可以分析光束的强度分布、波前形状、偏振状态等参数，从而评估光束的质量和性能。

应用领域
光束质量分析仪广泛应用于激光加工、光通信、生物医学、光学成像等领域。

在激光加工中，它能够帮助工程师优化光束质量，提高加工精度和效率；在光通信中，它可以评估光纤通信系统的性能和稳定性；在生物医学领域，可以用于光束在组织中的传输和相互作用的研究；在光学成像中，它对光学成像系统的分辨率和对比度有重要影响。

发展趋势
随着光学技术的不断发展和应用需求的增长，光束质量分析仪将会越来越重要。

未来的光束质量分析仪可能逐渐实现自动化和智能化，通过机器学习和数据处理算法，实现更精确和高效的光束分析。

同时，随着激光技术的广泛应用，对光束质量分析仪的要求也会不断提高，包括对更宽波长范围、更高功率密度等方面的适应能力。

结论
光束质量分析仪是光学研究和应用中不可或缺的工具，它在各种领域的光学系
统设计、优化和性能评估中发挥着关键的作用。

随着技术的不断进步，光束质量分析仪将会变得更加精密、智能和高效，为光学科学和工程技术的发展做出更大的贡献。

光束质量m2物理意义

光束质量m2物理意义1. 光束质量m2的定义光束质量m2（beam quality factor）是用来描述激光光束束形的参数，它跟光束尺寸以及焦点尺寸有关，是激光光束稳定性和束形好坏的量化表示。

当光束质量m2越小，光束的聚焦度越高，能量密度越大，光束质量越大，光束的聚焦度越差，能量密度越小。

2. 光束质量m2的物理意义光束质量m2反映了光束在光学系统中聚焦程度以及在传输过程中的合焦程度，它是光束发散和收缩能力的重要量化表征。

光束质量m2越小，说明光束的瞄准精度越高，光束实际到达的目标面积越小，光束的能量密度越大，光束的照射效果越好，这在许多激光应用中非常重要。

比如在医疗、制造、加工领域中，光束的精度和质量对系统性能影响很大。

3. 光束质量m2的计算方法光束质量m2的计算方法比较复杂，一般需要通过激光束光点、光强分布、自聚焦长度等相关参数进行理论计算，但是实验测量也是常用的方法。

在实验测量过程中，光束通过一系列光学元件（如透镜组、棱镜、反射镜等）后，通过附带的光束展扩器将光束变大，然后通过另一组透镜组对光束进行聚焦，记录输出光束尺寸和光强分布等相关数据，通过计算可以得到光束质量m2的具体数值。

4. 光束质量m2的应用光束质量m2广泛应用于激光加工、激光制造、医疗等领域。

在激光加工中，光束质量M2是一个非常重要的参数，它可以用来评估合适的加工深度以及光斑质量，从而提高加工效率和产品质量。

在医疗领域中，光束质量m2也是非常重要的，对于激光美容、手术等领域，光束的精度和质量直接影响到治疗效果和安全性，因此需要高质量、精密的光束系统。

5. 结论光束质量m2是非常重要的激光束参数，它能够描述激光束在光学系统中聚焦程度以及在传输过程中的合焦程度，是激光束的稳定性和束形好坏的量化表现。

在实际应用中，我们需要根据实际需求来选取合适的光束质量m2，以达到最好的加工、制造、医疗效果。

激光光束质量因子M2对激光粒度仪测量结果的影响

激光光束质量因子M2对激光粒度仪测量结果的影响党博石;隋龙;刘英【摘要】激光粒度仪是新兴的颗粒物粒度分析的检测设备,其以激光器作为照明的重要组件。

激光光束质量因子M2是对激光器系统进行质量监控及辅助设计的评价标准。

本文在分析了颗粒粒度分布函数和激光粒度仪工作原理之后,又着重介绍了激光光束质量因子M2对激光粒度仪测量结果的影响。

研究结果表明,M2因子主要是从光束发散角和光束束腰宽度两个方面导致仪器的测量结果产生误差。

举例分析、模拟仿真得出以下结论:光束发散角的大小与误差值成正比,即发散角越小,则误差越小;在M2因子选取范围内(1~1.8),光束束腰宽度对仪器的测量结果的影响可以忽略不计。

又M2因子与光束发散角是正比关系,与光束束腰宽度成反比,因此,M2因子愈小,对激光粒度仪测量结果造成的误差就愈小。

为此,研究M2因子对激光粒度仪测量结果的影响就显得尤为重要了。

【期刊名称】《应用物理》【年(卷),期】2017(007)009【总页数】8页(P270-276)【关键词】激光粒度仪;光束质量因子M2;光束发散角;光束束腰宽度【作者】党博石;隋龙;刘英【作者单位】[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春;;[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春;;[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春【正文语种】中文【中图分类】TN2在科学研究和工业、农业生产生活等方面，许多物质均由粉状颗粒物或液体中悬浮颗粒物等形式构成。

经过多年的研究探索发现，这些颗粒物的粒度分布对产品的质量和性能有显著的效用。

例如：在装备制造业中，以液压系统[1]为例。

液压系统故障70%~80%来自油液污染，尤以颗粒物污染为油液污染的重中之重。

在建材、化工[2][3][4]等应用领域，水泥的粒度配比影响凝结时间及混凝土强度；涂料的粒度分布影响涂饰效果、表面光泽和使用寿命；玻璃的粒度影响透光率和韧性强度等等。

一种激光器光束质量因子M2的测量方法及其测量装置[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810865095.1(22)申请日 2018.08.01(71)申请人苏州帕沃激光科技有限公司地址 215024 江苏省苏州市苏州工业园区华云路1号东坊产业园C区3号楼3楼(72)发明人石朝辉　王培峰　王儒琦　(74)专利代理机构天津盈佳知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 12224代理人孙宝芸(51)Int.Cl.G01M 11/02(2006.01)G01J 1/00(2006.01)(54)发明名称一种激光器光束质量因子M2的测量方法及其测量装置(57)摘要本发明属于激光器技术领域，公开了一种激光器光束质量因子M2的测量方法及其测量装置，所述测量方法通过先进行第一次测量光斑直径，即在正透镜L1后，前后移动CCD以寻找测量出最小光斑的束腰直径d1；然后再进行第二次测量光斑直径，即在聚焦透镜L2后，在其焦平面位置处测量光斑直径d2，则可以通过式(1)得出发散角，然后通过式(2)得出激光器光束质量因子M2，其利用两个透镜进行两次聚焦的方法，仅需要两次测量光斑直径就可以获得激光器光束质量因子M2，比现有技术的曲线拟合的方法更加简单便捷。

权利要求书2页说明书8页附图4页CN 109115466 A 2019.01.01C N 109115466A1.一种激光器光束质量因子M2的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：通过一个焦距为f1的正透镜L1将待测激光器高斯光束进行聚焦；将CCD前后移动，寻找聚焦后的所述高斯光束的最小光斑位置；测量并记录所述最小光斑位置处的最小光斑直径d1，以得到所述高斯光束的束腰直径d＝d1；在聚焦后的所述高斯光束的后方设置一个焦距为f2的聚焦透镜L2，然后在所述聚焦透镜L2的焦平面位置处测量焦点光斑直径d2，则所述高斯光束的发散角θ通过下式求得：则M2因子通过下式求得：2.如权利要求1所述的激光器光束质量因子M2的测量方法，其特征在于，所述正透镜L1为平凸透镜；所述正透镜L1的平面为光束的入射面，凸面为所述光束的出射面。

激光m2因子测量方法

激光m2因子测量方法
激光M2因子的测量方法主要有以下两种：
1. 直接测量法：这种方法通常使用激光功率计和光束质量分析仪进行测量。

首先，激光功率计用来测量激光的功率。

然后，光束质量分析仪用来检测激光的光束质量，从而直接得到M2因子。

这种方法优点是测量速度快，但需要使用昂贵的专业设备。

2. 替代法：这种方法是一种间接的测量方法，通过测量激光的发散角和束腰半径来计算M2因子。

首先，使用高精度激光发散角测量仪测量激光的发散角。

然后，使用激光干涉仪或光学成像系统测量激光的束腰半径。

最后，通过公式 M2 = (发散角/束腰半径)的平方来计算M2因子。

这种方法优点是设备成本较低，但测量精度略低于直接测量法。

以上内容仅供参考，建议咨询专业人士获取准确信息。

激光光束透镜变化

激光光束透镜变化激光光束透镜变化【关键词】激光光束质量 m2因子透镜变化一、引言激光光束质量测量实验是激光原理与激光技术类课程常规配套的一项实验内容，可以利用高级的光束质量分析仪器对激光器出光光束的各类参数进行标定。

在实际教学中易受到实验设备和实验环境的限制而无法开设，或仅对研究生等高年级学生开设。

然而，该实验项目对于光学、光电科学相关专业学生的培养具有非常重要的理论意义与现实意义。

它不但能帮助学生深入理解激光光束、直观认识激光光源与普通光源的差异，而且能培养和锻炼学生测试激光束相关参数的基本技能，使学生掌握简单实用的激光测试手段。

鉴于以上原因，该实验在激光类相关课程中的开设十分必要，并且其在本科教学中的推广和普及也是不容忽视的。

具体如何克服设备及实验环境的限制，使实验的开始更具有可操作性，还需要结合各学校的实际情况。

下面以激光光束质量m2因子的测量为例，介绍一种测量激光光束质量参数的简单方法。

实验中使用的仪器及设备都是光学基础类实验仪器，获取难度相对不高。

避免了对高级光束质量分析仪的依赖。

二、实验原理了解激光束特性是应用的前提，概括的说，光束强度、光束束宽、光束发散角以及瑞利长度等参数从不同方面表征了激光束的基本特性。

1．光束强度通常所说的光强度（简称光强）是指单位面积上的平均光功率，或者说，是指光的平均能流密度，即单位时间内通过垂直于波传播方向的单位面积上的平均能量。

光的最简单形式是单色的线偏振平面波，在均匀、无吸收的介质中，光强的横向分布一般是柱面对称的gauss （高斯）分布：式中，i0表示光轴（r＝0）处的强度，w定义为光束半径。

2．光束宽度（束宽）在空间域中，光束宽度的常用定义有1/n定义、环围功率定义和二阶矩定义三种，［1］其中“1/n定义”，对旋转对称光束，是以在柱坐标系中光强分布曲线i（r）上最大值imax的1/n处两点间距离之半为束宽（半径）w。

（2）而对矩形对称的光束，则是在直角坐标系中x、y方向各自光强分布曲线上最大值1/n处两点距离之半为对应方向上的束宽wx、wy，满足：（3）（4）常用的n值有e2和2，通常称为光束的1/e2束宽（we）和半峰值全宽（full－width－at－half－maximum－fwhm）（2wfwhm）。