激光器光束质量测量技术研究

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工 业 技 术

０　引言

目前在特种材料加工制造领域中大部分使用CO 2激光器和YAG 激光器，近十年来随着对大功率半导体激光器物理机制的研究以及半导体工艺的创新和应用，特别是在新材料新技术合成应用的突破，由于大功率半导体激光器具有较高的输出功率和良好的光束质量，使大功率半导体激光器在加工制造业中得到了广泛的应用。激光加工技术是对材料进行精准加工，为此须对激光器光束质量进行测量。

１　大功率半导体激光器光束质量测量

该文从M2因子、远端发散角、近端及远端的光强分布等方面对大功率半导体激光器的光束质量进行了测量研究。

１．１　测量方案

图1中的可调谐衰减器为德国Metrlux 的ML2300Polarlu，其作用是在光束分析CCD 前进行衰减。

图1中的滤波片采用德国Metrlux 的中性滤波片：

与CCD 相机配套光束分析软件为德国 Metrlux 的ML1201 beamlux II advanced

ML2300 Polarlux 的Maximum input power 选择1 000 w/cm 2；Metrolux 中性滤波片选择02402-41025（700-1100）一套4片，其型号及技术

透光率为：10%，1%，0.1%，0.01%

ML37430-11200-1光束分析仪，重点技术指标为：（1）Wavelength range:320 nm~1100 nm。（2） Resolution:1392×1040。（3） Frame rate:50帧/秒。

系统选用的Metrolux ML1201 beamlux Ⅱ advanced 系列软件必须与光束CCD 分析相机匹配。

１．２　注入电流与光束质量的关系

利用透镜变换法，测量激光器在不同工作电流下的质量参数。通过高斯拟合，当注入电流分别为800 mA、1 600 mA、

2500 mA 和5 000 mA 时，M 2

因子的值分别为69、56、42、52；当注入电流较小时，由于有源区较大，仅有边缘部分激射，此时光束质量较差，光斑呈现为环形；随着电流的不断增大，有源区电流密度也近似平均并全部激射，此时光斑为圆形对称，当再次增大电流时，有源区造成电流拥阻，因此造成光束质量开始变差。

１．３　出光口径与光束质量的关系

选用为100 mm、200 mm、300 mm 和500 mm 不同出光口

径的器件时，在同时注入电流为2 A 下的远场光斑强度分布。小口径发射器件电流分布相对较均匀，有源区边缘电流密度与中心电流密度相似，全部激射。阈值下，光束分布趋近于高斯模型，远场光束以中心轴为对称均匀分布，中心处光强大，此时光束发散角较小，当有源区直径逐渐增加时，激光强度分布越发不均匀，其中注入载流子浓度较高的地方，激射也相对较高，光束分布不均匀，光束质量随着出光口径的增大而变小。

２　大功率半导体激光器发散角测量２．１　测量方案

测试系统由脉冲电机、光电探测器和计算机等组成。测

激光器光束质量测量技术研究

吴乔石

（鞍山高新技术孵化器发展中心，辽宁 鞍山 114044）

摘 要：由于半导体激光器结构的特点，在其应用中需对其波束进行整形，为了有利于大功率半导体激光器的推广应用，需准确识别大功率半导体激光器的输出分布特性。该文从M 2因子、远端发散角，近端及远端的光强分布等方面对大功率半导体激光器的光束质量进行了测量技术研究，给出了相应的测量方案和误差分析。关键词：大功率半导体激光器；远端光强分布；光束质量；

发散角中国分类号：TN284 文献标志码：A

图1 激光器光束质量测试方案

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工 业 技 术

０　前言

我国是农业生产大国，粮食安全关系到国计民生，只有全面保证粮食生产安全，才能推动经济快速发展，实现伟大的中国梦。化肥是促进农作物生长的重要肥料，其质量好坏决定了粮食的品质，只有全面保证化肥品质，才能形成经济推动力，保证广大农民切身利益，化肥质量至关重要。各级监管部门需要全面做好化肥的检测检验，从根本上保证品质，才能全面发挥化肥作用，检验检测的精准度非常重要，只有不断创新技术方法，提高检测质量，才能保证化肥质量，确保肥力稳定、质量合格，在实际检验检测工作中，化肥分析检验质量受很多因素影响，往往会造成检验准度低的问题，起不到检测环节控制作用，影响了化肥市场竞争与推广，当前，市场中化肥品质差别较大，良好的检测方法是保证化肥检测质量的根本，需要各级监

管部门发挥职能作用，提升检测方法，做好化肥的检验检测，从根本上保证国家利益、维护农业生产。

１　化肥分析检验必要性及方法１．１　化肥检测的必要性

当前，市场上的化肥五花八门，各种化肥产品越来越多，只有全面保证化肥的质量，才能形成健康良好的市场秩序，推动好产品进入生产环节。当前经济发展条件下，我国农业生产对化肥需求量不断增加，对化肥的依赖性越来越大，从整体看，我国农业生产中的化肥施用总量占世界第一位，约占全球施用总量1/3，我国化肥生产与使用量较大。可以说，为了解决人口吃饭问题，我国大力发展新农业，在化肥研发与生产中也不断增加投入，化肥在农业增产、增收积极作用是毋庸置疑的。但是从整体看，我国

关于提高化肥分析检验的准确度探析

王英爽

（绥化市质量技术检验检测中心，黑龙江 绥化 152000）

摘 要：农业生产离不开化肥，化肥在农业生产中有着重要的作用，全面影响农作物产量质量。只有全面保证化肥分析检验精准度，才能提高化肥产品质量。该文结合化肥质量要求，对提高分析检验准度的策略作了全面的总结。关键词：化肥分析检验；准度；样品中图分类号：U418 文献标志码：A

试系统在一个相对平行的光学导轨上，探测器的狭缝可调节，根据光功率可调整其宽度；探测器底座装在马达的驱动下竖直平面内移动，在测量开始时完成CCD 与光斑中心、（光强最大点处）的寻心和对心，进而测得发散角数值；过去的测量方法往往根据器件的几何外形进行对心，通常难以保证找准真正的光斑中心点。该文采用相对科学的寻心方法，具体为首先调节CCD 的位置，调制到光斑平面内，驱动放置LD 的脉冲电机在0~180°，使其能在够水平范围内转动，通过CCD 对光斑X 方向的直线进行光强检测。当PD 在X 方向检测后，计算机找出并记录该直线上的光强最大值。由计算机驱动脉冲电机回到检测到的最大光强点处，该点应为直线到光斑中心点距离最小处，驱动马达使CCD 沿过该点的垂线移动，从而可进行光强检测。同理找到Y 方向的最大光强点即为光斑中心。确定光斑中心后，由计算机驱动脉冲电机从光斑中心向左右2个方向进行水平运动，当功率值降到一半处为光斑边缘。

２．２　误差分析

（1）脉冲电机的误差影响激光器发散角，其误差主要由脉冲电动机的步距角误差、失步误差、起停误差构成。在这些影响误差的因素中，很难减小随机性误差，一般只能通过全面提高脉冲电机各部分的精度、配合质量、增强刚度、减少摩擦系数等来改善。

（2）可以使用误差补偿的方法提高精度，在脉冲电机的转轴上安装增量式光学码盘，使脉冲电机形成闭环控制。

３　结论

该文从M2因子、远端发散角，近端及远端的光强分布等方面对大功率半导体激光器的光束质量进行了分析研究，给出了相应的测量方案及误差分析。

除了固态激光器泵浦源以外，大功率半导体激光器也被直接使用于特种材料加工再制造领域中，其性能相较于传统加工制造手段，在降低成本、提高产能、增强稳定性等方面有显著优势。未来，随着基础材料性能的提升，工艺的升级，大功率半导体激光器将会在材料加工领域中得到更广泛、更深入的应用。

参考文献

[1]周炳琨，高以智，陈倜嵘，等.激光原理（第四版）[M].北京：国防工业出版社，2000.

[2]杜宝勋.半导体激光器原理[M].北京:兵器工业出版社， 2004.

[3]祝敏，陆耀东，高玉萍，等.大功率高速半导体激光峰值功率测试技术研究[J].光电子·激光，2006，17（11）:1343-1345.