Профилометры лазерного излучения от LightComm серии BA
Профилометры LightComm серии BA (Beam Analyzer) предназначены для анализа поперечного профиля окологауссовых лазерных пучков или многомодовых гауссовых пучков. Диаметр пучка измеряется в соответствии со стандартом ISO-11146 и может быть отображен на различных, стандартных для отрасли уровнях апертуры или произвольных уровнях апертуры, задаваемых пользователем. При проведении измерений фиксируются характеристики распространения излучения по осям X и Y и отображаются следующие параметры:
- ширина луча X;
- ширина луча Y;
- центроид X;
- центроид Y;
- главная ось D;
- малая ось D;
- диаметр луча;
- эллиптичность / эксцентриситет;
- суммарный угол расхождения и другие.
Комплектация и спецификация профилометров серии BA
В стандартный комплект поставки входит (рис. 1):
- профилометр;
- сетевой кабель USB;
- оптическая база;
- флеш-карта с программным обеспечением (ПО) LightBeam Analyzer;
- ND-фильтр OD2;
- инструкция пользователя на английском языке.
Рисунок 1 – Комплектация профилометров
Дополнительно к стандартной комплектации можно приобрести следующие аксессуары (рис. 2):
- 2D/3D выходная лазерная головка;
- оптическая плита;
- QBH-коллиматор;
- аттенюатор мощности излучения для мощностей 300~3000 Вт.
Рисунок 2 – Дополнительный аксессуары
Общая спецификация профилометров представлена ниже в Таблице 1.
Таблица 1. Спецификация профилометров серии BA
Параметры | BA-X53030101 | BA-X55090101 | BA-M55090101 |
Спектральный диапазон | 340-1100 нм | 340-1100 нм | 340-1100 нм |
Размер пикселя | 5,3*5,3 | 5,5*5,5 | 5,5*5,5 |
Разрешение | 1280*1024 | 2048*2048 | 2048*2048 |
Апертура | 6,9*5,5 | 11,27*11,27 | 11,27*11,27 |
Динамический диапазон | 60 дБ | 60 дБ | / |
Исследуемый размер пучка | 55 мкм – 3 мм | 55 мкм – 9 мм | 55 мкм – 9 мм |
Метод расчета | 2nd Moment/Gauss-Fit | 2nd Moment/Gauss-Fit | 2nd Moment/Gauss-Fit |
Международный стандарт | ISO11146 | ISO11146 | ISO11146 |
Совместимый источник излучения |
Импульсный/ непрерывный |
Импульсный/ непрерывный |
Импульсный/ непрерывный |
Сменные ND-фильтры | OD2/OD3 | OD2/OD3 | OD2/OD3 |
Компьютерный интерфейс | USB 3,1 | USB 3,1 | USB 3,0 |
Резьба камеры | SM1 | SM1 | SM1 |
Потребляемая мощность | 0,9 Вт | 1,8 Вт | <3 Вт |
Габариты | 35*35*20 мм | 28*28*22 мм | 40*30*50 мм |
В данном обзоре примеры получены на профилометре BA-M55090101.
Модели BA-X55090101 и BA-M55090101 отличаются тем, что BA-M55090101 имеет другую встроенную схему, которая имеет хорошую экономическую эффективность, что дает большое преимущество на китайском рынке.
В случае необходимости более расширенного диапазона длин волн существует модифицированный профилометр BA-A50020101, где рабочий диапазон составляет 400-1700 нм.
Общее описание работы профилометра
На сегодняшний день в основе профилометров лазерного пучка лежат цифровые камеры. Для видимой и ближней инфракрасной области спектра наиболее распространенными матрицами камер являются КМОП – комплементарная структура металл-оксид-полупроводник (CMOS – complementary metal–oxide–semiconductor) и ПЗС – прибор с зарядовой связью (CCD – charge-coupled device). Диаграмма спектральной характеристики матрицы профилометра представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Спектральная характеристики матрицы профилометра
Профилометры LightComm работают по тому же принципу, что и камеры DataRay Inc. Более того, они ничем не уступают по функционалу. Преимуществом профилометра от LightComm является возможность использования для измерения характеристик лазеров высокой мощности, используя при этом специальные аттенюаторы.
Зарегистрированный профиль луча отображается на мониторе с помощью программного обеспечения. Измеряемые параметры: радиус луча, положение луча, эллиптичность, статистическая информация или Гауссовские шумы. ПО позволяет выбрать между различными методами определения радиуса пучка, такие как метод D4σ или просто критерий 1/e2.
При измерении характеристик излучения высокомощных лазеров искажения, вызванные недостаточным или неправильным ослаблением, могут быть наиболее существенным источником ошибок. Поэтому для обеспечения точности измерений важно контролировать мощность в оптимальном для детектора диапазоне.
Для измерения маломощного излучения (до 1 Вт) рекомендуется использовать фильтры нейтральной плотности для ослабления мощности. Перед их использованием рекомендуется тщательно оценить мощность излучения и плотность мощности. Плотность мощности, превышающая 5 Вт/см2, может привести к возникновению эффекта «тепловой линзы» внутри фильтра, что приведет к искажению пучка. И наоборот, слишком низкая плотность мощности также может привести к искажению пучка. Оптимальный диапазон мощностей лучше всего определять по информационным подсказкам в интерфейсе программного обеспечения LightBeam Analyzer.
Для измерения пучков мощностью от 1 до 50 Вт к стандартной конфигурации прибора необходимо добавить аттенюатор мощности, соответствующий максимальному диапазону длин волн, поддерживаемому прибором. Этот аттенюатор позволяет снизить максимальную мощность с 50 Вт до уровня, с которым прибор может безопасно работать (~1 Вт).
Для измерения пучков мощностью от 50 до 300 Вт к стандартной конфигурации анализатора Beam Analyzer необходимо добавить дополнительный сплиттер пучка. Сплиттер имеет компактные размеры и прост в установке. Однако важно следить за тем, чтобы плотность мощности не превышала 15 Дж/см2 (при длительности импульса 10 нс и частоте повторения 10 Гц), поскольку такой уровень плотности мощности может привести к повреждению большинства оптических линз.
Для пучков мощностью более 300 Вт и менее 3000 Вт требуется заказной аттенюатор мощных пучков. Система ослабления мощного пучка займет больше места в установке оборудования.
Важное замечание: правильно подобранная система затухания помогает предотвратить повреждение оптических компонентов и детектора камеры.
Программное обеспечение LightBeam Analyzer
Перед началом работы с профилометром необходимо ознакомиться с требованиями для установки ПО.
USB-кабель должен быть подключен к порту USB 3.0. Необходимо убедиться, что используемый USB-порт способен обеспечить достаточную мощность питания. Следует отметить, что некоторые модели могут иметь ограничения по передаче указанного максимального значения тока 500 мА.
LightBeam Analyzer реализован как на китайском языке, так и в английской версии. ПО имеет понятную логику алгоритмов и интуитивный интерфейс (рис. 4).
Рисунок 4 – Общий вид ПО LightBeam Analyzer
В верхней панели расположены следующие настройки:
Display | Позволяет отображать 2D или 3D-изображение луча и результаты, открытие или закрытие интерфейса 2D/3D-изображения, просмотр изображений луча и отображение на экране текущих результатов параметров пучка |
Settings | Включает методы оценки и настройки камеры. Не рекомендуется изменять параметры по умолчанию в настройках камеры |
Function | Включают такие инструменты, как расчет потерь пучка, центр энергии, угол расходимости и определение мощности |
Correction | Позволяет зафиксировать фоновый сигнал |
Help | Справочная документация и информация о версии ПО |
2D beam | Отображение двухмерных профилей пучков |
3D beam | Отображение параметров текущего 3D-пучка |
Method | Опции режима анализа пучка |
Results | Результаты измерений анализатора пучка |
Camera Settings | Интерфейс настройки параметров камеры |
Tile sub-windows | Подокна заголовка |
Color mode | Выбор спектра цветных изображений пучков |
В нижней строке меню расположены различные инструменты просмотра изображений, помогающие анализировать полученный результат. К ним относятся:
- AOI;
- Reference;
- Lines Centroid;
- Line Gaussian Line;
- Zoom In/Zoom Out и другие.
Без засветки
С засветкой
Рисунок 5 – Примеры лазерного излучения 632 нм
Ниже также представлены результаты измерения лазерного пучка на длине волны 1020 нм (рис. 6), проведенные в лаборатории АО «ЛЛС» (рис. 6).
Рисунок 6 – Лазерный пучок на 1020 нм
Рисунок 7 – Фото измерения лазерного пучка
Профилометры лазерного излучения обеспечивают высокую точность измерений параметров луча, более того, обеспечивают высокую скорость измерений.
Благодаря использованию профилометров лазерного излучения существует возможность автоматизации процесса. Современные лазерные профилометры могут быть интегрированы в автоматизированные системы контроля качества производства для проведения измерений без участия оператора.
ВАЖНО следить за чистотой линз профилометра, а также самой матрицы, иначе это может привести к повреждению профилометра при нагреве лазером!
Авторы статьи: Раъно Кашина, Василиса Попова
Данное оборудование протестировано инженерами АО «ЛЛС» и при наличии дополнительных вопросов просим обратиться к специалистам компании.
Получить дополнительную информацию вы можете, обратившись к нашим специалистам:
Ромашова Василиса
Руководитель группы по волоконным системам
Комиссаров Михаил
Инженер по применению волоконно-оптических систем