6、激光光束特性表征：M² 模型及常见光束直径测量方法解析

激光光束特性表征：M² 模型及常见光束直径测量方法解析

在激光技术领域，准确测量和定义激光光束的直径至关重要。这不仅有助于评估激光的性能，还能为激光在不同应用场景中的优化使用提供关键依据。本文将深入探讨激光光束直径的测量方法，介绍扫描孔径轮廓仪的优势，并详细分析五种常见的光束直径定义方法及其特点。

扫描孔径轮廓仪的升级与优势

近年来，扫描孔径轮廓仪在机械方面得到了显著升级，具备了更高的精度，其空间分辨率可达 0.01 微米。同时，它与 PC 控制器相连接，除了能测量光束直径外，还具备了更多强大的功能：
- 丰富的测量参数 ：可以提供完整的 12 位数字化轮廓、基于此计算得出的 D₄σ 直径（而非仅仅是剪辑宽度和模拟轨迹）、轮廓峰值位置、质心位置、光斑椭圆度（通过带有两个正交孔径的狭缝或刀口轮廓仪实现），甚至在经过校准后还能测量绝对功率。
- 高精度测量能力 ：借助微米级孔径和亚微米采样技术，能够以 2%的精度测量 5 微米的光束直径。
- 宽波长覆盖范围 ：不同类型的探测器（如硅、锗或热释电探测器）可覆盖从紫外线到远红外线的广泛波长范围。
- 适应脉冲激光测量 ：对于重复频率低至 1kHz 的脉冲光束，用户可控制可变扫描速度（通过减慢鼓速以拦截足够的脉冲来构建轮廓）进行测量。
- 无需衰减测量 ：与基于相机的系统通常需要 6 - 9 个数量级的衰减不同，扫描孔径轮廓仪可以在不进行衰减的情况下测量光束。例如，配备铜孔径的冷却轮廓仪能够直接测量功率水平达 3kW、聚焦