定义
评估激光束详细特性的方法。
激光束通常需要在各个方面进行全面表征。 本文概述了表征的不同方面和合适的仪器。
光功率
为了测量激光束的光功率,有各种类型的功率计,它们可能基于光电二极管或某种热探测器。 对于永久监控,有光功率监视器。
空间方面:光束轮廓和光束质量
原则上,对单色激光束进行全面表征可以在垂直于光束的一个平面上产生完整的复振幅分布,例如,可以使用合适的光束传播软件计算光束的进一步演变(传播)。 例如,可以使用Shack-Hartmann波前传感器进行这种表征。 虽然这只测量某些光斑网格上的场振幅和波前方向,但如果空间分辨率足够好,则可以插值中间点的振幅。 例如,替代测量方法可以基于干涉测量。
激光束的不同频率分量可以具有完全不同的光束轮廓!
对于非单色激光束,人们通常假设振幅图与频率无关。 然而,这种假设可能是完全错误的;例如,固态激光器的不同谐振器模式通常具有不同的光学频率,因此产生的光束的不同频率分量可以具有完全不同的光束轮廓。 然而,对于在单个横向模式下运行的激光器,可以相当准确地实现上述假设。
还有各种光束轮廓仪,它们只测量强度分布,而不测量光学相位。 例如,它们可以基于相机。 对光束质量进行全面评估(例如,使用光束参数产品或M2因素)仍然是可能的,如果在沿激光束的不同位置拍摄这种强度分布。
一些激光束表现出“热点”,即强度较高的区域,这可能在损伤现象中发挥作用。 还可能存在卫星结构、光晕和其他光束均匀性的偏差。 请注意,光束强度分布的形状在传播过程中可能会发生变化,并且随着时间的推移也并不总是稳定的。
有些设备不测量整个光束轮廓,而只测量光束半径或直径。 请注意,光束半径通常不定义为半最大值时的半宽 (HWHM) 值,而是定义为强度降至 1/e 的径向位置2乘以峰值强度。 这来自高斯光束的背景。
激光束可能会表现出光束指向波动,这可以通过监测合适位置的位置(强度分布的重心)来测量。
偏振状态可以根据偏振器在不同方向上的功率传输来大致表征,或者更完全地使用各种偏振技术来表征。
时间和光谱方面
对于脉冲激光器,通常需要测量脉冲能量、脉冲持续时间和峰值功率。 对于调Q激光器,光能计和快速光电二极管可能是合适的。 对于产生更短脉冲的锁模激光器,人们使用自相关器等仪器,所有这些仪器都用于更高级的方法,如青蛙和蜘蛛。
激光束的光谱可以用某种光谱仪或另一种光谱仪测量。
所需的光衰减
对于各种激光束表征方法,例如相机,有必要或多或少地衰减激光束,而不会影响其光束轮廓。 使用一些吸收性中性密度滤波器等直接方法通常不适用于高功率水平。 因此,可能需要高级类型的光衰减器。