Введение

Профилирование лазеров мощностью от 10 мВт до 1 Вт становится все более распространенным явлением. Многие из этих лазеров работают в видимой области спектра, что позволяет производить измерения камерами на основе матриц типа ПЗС или КМОП (CMOS) Обычно, при измерениях матричной камерой луч должен быть ослаблен, но при этом следует соблюдать некоторую осторожность. Эти лучи не настолько сильны, что они могут повредить или разрушить материал типичных поглощающих фильтров. Действительно, можно сложить пакет, имеющий достаточную оптическую плотность, чтобы уменьшить мощность лазерного луча с 1 Вт до пико-ваттного уровня , который не вызовет насыщения детектора. К сожалению, скорее всего, это приведет к ошибочным измерениям. Это связано с явлением, которое называется "образование тепловой линзы", или тепловое расплывание. Энергия лазерного луча, проходящего через поглощающую среду, вызывает ее локальный нагрев, который изменяет оптические свойства фильтра. Эти изменения часто приводят к изменениям показателя преломления подложки, что вызывает образование линз, которые могут либо сфокусировать, либо расширить пучок. При пониженной мощности это явление можно наблюдать в течение более длительного времени, отсюда и термин "расплывание". Однако оно может происходить практически мгновенно, создавая иллюзию стабильности и точности измерений.

Измерение лазерного излучения может быть непростой задачей, особенно при повышении мощности или энергии луча. Многие приложения требуют наличия точной информации о размерах лазерного луча, но эти лазеры могут и повредить профилометр. Щелевой рофилометр типа Photon NanoScan идеально подходит для измерения лучей этих мощных лазеров, так как способен воспринимать луч относительно высокой мощности непосредственно, без ослабления. Тем не менее, существуют ограничения. Определение этих ограничений может быть достаточно сложным, особенно если лазер работает в импульсном режиме, так как мощность и энергия луча могут оказывать влияние на "высоту" порога повреждения.

Центрирование прибора

При выполнении сканирования вдоль одной оси или двух перпендикулярных можно получить осей ошибочные результаты, если испытуемое устройство плохо центрировано или его входнре отверстие неточно нацелено на прибор. Некоторые пользователи полагают, что измерение производится вдоль центральной оптической оси устройства, хотя это не всегда так. Это правильно только тогда, когда, когда оптическая ось прибора и центральная оптическая ось устройства совпадают.

На следующей странице приведен график, который иллюстрирует результаты, полученные с помощью двух приборов при работе с одним и тем же диодным лазером в одинаковых условиях. Первым прибором являлся гониометр, спроектированный и изготовленный нашими клиентами для их собственных измерений, которые, как они считают, являются очень точными. Второй прибор представляет собой угломерный радиометр LD 8900 от Photon.

Использование NanoScan и стандартных оптических аксессуаров, позволяет производить измерения в ходе приемо-сдаточных испытаний и окончательной доводки линз, оптических систем и подсистем или всей системы в целом. NanoScan разработана для того,чтобы можно было быстро и точно оценивать измерения пространственного изображения в режиме реального времени. Это достигается путем оценки распределения энергии пространственнного профиля и измерения размера пучка.

Изображение считается сфокусированным, если имеет место концентрация наибольшей энергии в пределах пятна наименьшего размера. Хотя есть много методов и приборов для оценки оптических сборок, включая призмы, решетки Ронки (Ronchi) и интерферометры, они обычно довольно неудобны или дороги. NanoScan сконструирован так, что инженер или техник, не являющийся специалистом-оптиком, после небольшой подготовки может использовать этот прибор в полном объеме.

Внедрение
угломерных радиометров модели LD 8900 и LD 8900R позволяет потребителю определять угловую интенсивность излучения широкого спектра светоизлучающих источников, в том числе полупроводниковых лазеров VCSEL, диодных лазеров, оптических волокон и оптических волноводов. Для получения точной характеристики исследуемый источник света должен быть расположен таким образом, чтобы обеспечивались условия для точного измерения и воспроизводимости результатов. В данном документе предлагаются методы адаптации LD 8900 и LD 8900R, позволяющие должным образом расположить источник света в вашем случае .

Photon предлагает целый ряд решений для измерения M ² , начиная от простых ручных методов до полностью автоматизированных. В зависимости от частоты, при которой необходимо выполнить измерения M ² лазеров и лазерных систем, Photon может предложить систему, которая удовлетворит большинство потребностей будь-то в области исследований и разработки новых лазерных систем, контроля качества или эксплуатации и обслуживание действующих систем.

Измерение астигматизма лазерных диодов, оптических элементов и / или других источников, можно выполнить быстро и легко с помощью NanoScan / BeamScan. Например, путем простой фокусировки луча лазерного диода на профилометре и измерения расстояния между первичным и вторичным фокусами легко получить значение астигматизма источника . В то же время, поскольку это расстояние порядка 10 микрон (мкм), для облечения этого измерения и уменьшения возможных ошибок можно использовать продольное увеличение . Этот метод успешно использовался для нескольких измерений астигматизма лазерного диода .
Луч диодного лазера должен быть коллимирован линзой с довольно коротким фокусным расстоянием, чтобы уменьшить нежелательное влияние сжатия луча. Затем пучок должен быть сфокусирован линзами с довольно большим фокусным расстоянием. Это обеспечит большую глубину резкости и тем самым увеличит расстояние между первичным и вторичным фокусами до нескольких миллиметров, это значит, что в большинстве случаев оно будет находиться в пределах, доступных для измерения с помощью лабораторного координатного стола. На рисунке 1 показаны основные экспериментальные установки.

Одним из самых полезных свойств лазера является то, что его луч может распространяться на большие расстояния по прямой линии, и многие оптические системы рассчитаны на использование именно этого свойства. Поэтому, профилометры часто используются для проверки характеристик лазеров и оптических систем, чтобы избежать проблем, вызванных плохой настройкой или для того, чтобы оптимизировать процесс изготовления этих устройств. Часто это простое измерение, имеющее целью определить, в какой точке пространства лазерный луч сфокусирован или куда направлен, что требуется во случаях - от лазерного дальномера и оптического сканирования до маркировки и лазерных принтеров. Профилометры луча могут показать, в какой точке детектора находится луч, но различные виды профилометров делают это с разной степенью точности. Большая часть времени при измерении уходит на то, чтобы поместить профилометр на некотором расстоянии от лазерного источника и наводить луч до тех пор, пока он не попадет на идеальную мишень. В случае лазерного сканирования измерения могут быть сделаны в разных местах по всей плоскости сканирования чтобы обеспечить требуемую линейность развертки. Но это еще не все, что относится к данному измерению, и есть еще многое другое, что можно узнать о характеристиках лазера.

Хотя NanoScan была первоначально разработана для измерения непрерывных лазеров (CW), мы учли, что многие лазеры работают в импульсном режиме. Измерение импульсных пучков обычно требует применения профилометра на основе ПЗС-матрицы. Это разумное решение для лазеров малой мощности в УФ и видимом диапазонах, хотя оно требует внешнего ослабления. Как только лазеры "покидают" УФ и видимый диапазоны, матричные камеры становятся весьма дорогостоящими. Хотя для импульсных лазеров, работающих в диапазоне частот повторения от 1 Гц до 1000 Гц нет реальной альтернативы матричному профилометру, для измерений лазеров с частотой следования импульсов порядка нескольких кГц и выше может использоваться NanoScan. Профилометр NanoScan включает алгоритм "пикового подключения" и программируемое управление скоростью сканирования для всех сканирующих головок, что обеспечивает возможность измерения пучков таких импульсных лазеров. NanoScan идеально подходит для контроля лазеров с модуляцией добротности и лазеров, работающих в режиме широтно-импульсной модуляции мощности. В последние несколько лет во многих случаях начали использоваться лазеры с длительностью импульсов, измеряемой пико- и фемтосекундами. Хотя эти лазеры вносят некоторые дополнительные сложности в измерительную технику, NanoScan хорошо подходит и для измерения таких импульсов. Мы обсудим измерения всех этих типов импульсных лазеров ниже.

При профилировании когерентного лазерного луча при помощи NanoScan с незатемненной отражающей апертурой (в виде щели или микроотверстия) вполне возможно, что помехи можно будет наблюдать вдоль траектории пучка . (см. Рис. 1б).

Применение NanoScan решает многие проблемы, с которыми сталкиваются пользователи и которые связаны с тем, что одна из выполняемых операций - юстировка, выравнивание осей или прецизионное фокусирование занимает слишком много времени, не гарантируя при этом высокой точности, либо требуют для своего решения серьезного вмешательства с применением других методов.

Для многих операций, выполняемых с помощью лазеров, требуется, чтобы лазер был отрегулирован по какому-либо показателю - размеру луча в рабочей точке, поддержанию параллельности пучка во всех операциях, или его точному нацеливанию. Применение NanoScan компании Photon позволяет выполнить эти настройки быстро и легко. Динамический диапазон прибора позволяет проводить измерения как сфокусированного, так и расфокусированного пучков без изменений ослабления, позволяя осуществить мгновенную обратную связь во время фокусировки.

Работа угломерного радиометра с импульсными источниками

Мы обнаружили, что измерения импульсных источников при помощи угломерных радиометров не так просты, как кажется. Хотя работать с импульсным источником можно, есть некоторые комбинации параметров, которые могут привести к возникновению серьезной погрешности. Из-за автоматического выбора диапазона предварительными усилителями системы при одних частотах, длительностях импульса, скважности, и уровнях мощности система будет прекрасно работать, в других же случаях, при не слишком отличающихся параметрах, возникают серьезные ошибки. InGaAs и кремниевый детекторы имеют разные постоянные времени и рабочие зоны, но при некоторых условиях они оба могут генерировать ошибочные результаты.

Существует изрядная путаница в представлении динамического диапазона профиля луча. Задача этой статьи состоит в разъяснении некоторых терминов использованных в обсуждении данной темы как со стороны Фотона так и со стороны конкурентов.