光束質(zhì)量因子M2較科學(xué)合理地描述了激光束質(zhì)量，并由國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)采納。M2克服了常用的光束質(zhì)量評價方法的局限，對激光光束的評價具有重要意義。

M2因子被稱為激光光束質(zhì)量因子或衍射極限因子，是用來衡量激光光束的光束質(zhì)量常用的參數(shù)。定義為：

對于理想高斯光束，有M2=1，光束質(zhì)量佳。實際光束M2均大于1，表征了光束衍射極限的倍數(shù)。光束質(zhì)量因子M2表示為：

2、聚焦光束法測量光束質(zhì)量M2因子

   對于激光器由于自身性能的不同，激光的真實的束腰位置會出現(xiàn)在激光器的內(nèi)部或者激光器出射的前端，這對于測量產(chǎn)生了不便。針對這個問題國際上提出了聚集光束測量法。

利用無像差的透鏡來模擬激光光束束腰，然后通過無像差透鏡的性質(zhì)得到激光真實束腰的參數(shù)信息如下圖所示：

激光通過透鏡1再成像，光線迅速會聚，會聚的大約位置在透鏡焦距f處（但不是絕對），然后又繼續(xù)發(fā)散，這樣在近焦距的位置上就得到了人工的光束束腰，這樣就解決了對原始激光束腰不定，無法測量的缺點。通過對在成像方的激光光路的切片式測量，就可以得到透鏡后的激光的相關(guān)參數(shù)，然后通過透鏡變化公式就可以得到真實激光的參數(shù)信息。

（2）f為透鏡的焦距；  （3）d’σ0、Z’0、Z’R分別是通過透鏡變換后的高斯光束的腰斑直徑，腰斑到透鏡的距離及瑞利長度（通過測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合并計算得到的）。  

3、M2參數(shù)解釋

實際光束的X方向束腰位置和Y方向束腰位置大多在不同位置，X方向上的發(fā)散角和Y方向上的發(fā)散角也大小不同，所以光束質(zhì)量因子M2分為M X 2和MY2，針對某一方向都有響應(yīng)的光斑中心，光斑直徑，激光發(fā)散角，瑞利長度等參數(shù)。

（1）光束發(fā)散角θ：激光束在腰部最細(xì)，隨著離腰部距離的逐漸增大，光束的有效截面逐漸變粗，也就是激光束具有一定的發(fā)散性質(zhì)，發(fā)散程度用發(fā)散角θ表示；  （2）光束束腰D0：光束束寬最小處即為光束束腰D0，其位置為Z0；  
 （3）瑞利長度Zr：激光光束的橫截面積變?yōu)槭幍?倍時，該位置與束腰之間的距離是瑞利長度。長度越長說明光斑發(fā)散的越慢，激光光束質(zhì)量越高；  （4）焦點深度：從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式。

二、筱曉光子M2 Beam U3光束質(zhì)量分析儀介紹

我們公司的產(chǎn)品是DUMA公司最新版本的M2光束質(zhì)量分析儀。主要由帶濾光輪的Beam On U3和帶無像差透鏡的移動平臺組成，通過采集多個測量面實現(xiàn)對M2因子的測量，整體準(zhǔn)確度保持在±5％范圍內(nèi)。

M2 Beam U3 是一種用于實時位置，功率和光束輪廓檢測的光束診斷測量系統(tǒng)。可以測量連續(xù)激光和脈沖激光，光譜范圍覆蓋350nm-1600nm它提供了非常直觀的圖形表示和分析激光束各種參數(shù)的能力，包括M2，光束發(fā)散角，束腰寬度及位置，瑞利長度及焦點深度等參數(shù)滿足用戶對光束質(zhì)量參數(shù)的需求。同時是USB3.0設(shè)備級別的軟件驅(qū)動設(shè)備，駐留在用戶的主機(jī)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸以及便捷使用。

產(chǎn)品特點：

• 光譜范圍覆蓋350-1600nm

• 可檢測連續(xù)激光及脈沖激光

• USB3.0快速數(shù)據(jù)傳輸接口，即插即用，方便快捷

• 可實現(xiàn)高低功率激光的檢測

• 軟件設(shè)置，直接讀取 M2各種參數(shù)，簡單高效

1、產(chǎn)品性能參數(shù)：

Beam On U3

2、掃描附件

輸入光束

掃描裝配附件

整機(jī)

三、實驗測試

 （1）M2光束質(zhì)量分析儀兩個USB接口連接電腦，打開軟件；  （2）安裝激光器，光纖輸出接口接到準(zhǔn)直器上。同時準(zhǔn)直器離M2透鏡最好有1米以上的距離，打開激光器；  （3）對齊光束（可以用熱感應(yīng)卡或激光顯示卡來輔助對光），在軟件上觀察激光光束非常接近X&Y十字線目標(biāo)圖像窗口；  （4）在軟件界面上打開M2圖標(biāo)，同時設(shè)定Z軸位置:選擇“Setup",接下來設(shè)置“Start Position"為0mm, “Stop Position"為280mm,“Step"為2mm；  （5）右下角Control界面一般Gain選擇5-10左右，調(diào)整一下曝光，F(xiàn)ilter Wheel界面一般選擇ND500（測試時主要根據(jù)光束調(diào)整這三項參數(shù)）；  （6）點擊Start圖標(biāo)，開始測試；  （7）測試完成后，點擊homing圖標(biāo)，電機(jī)返回原位置。  
 2，測試結(jié)果：  
 （1）1064nm皮秒脈沖激光器測試結(jié)果

（2）633nm TLD 窄線寬激光器測試結(jié)果

（3）852nm DFB激光器測試結(jié)果

3，測試結(jié)論

通過測試，可以看出利用我們的M2光束質(zhì)量分析儀，能方便快捷的直接測試讀取M2 的數(shù)據(jù)，主要包括M2因子，瑞利長度發(fā)散角以及束腰參數(shù)等數(shù)據(jù)。整體準(zhǔn)確度保持在±5％范圍內(nèi)，滿足用戶對光束質(zhì)量參數(shù)的需求。可以廣泛的用于激光加工，生物醫(yī)學(xué)，激光制造等領(lǐng)域。

四、相關(guān)產(chǎn)品鏈接