Bewerten eines multimodalen Strahls - Wie man die Partitioning-Funktion von BeamGage® PRO effizient nutzt

Laser gibt es seitBeamGage Software und mehr als 65 Jahren. Sie ermöglichen eine Vielzahl neuer Anwendungen und werden gerade deshalb geschätzt, weil sich außergewöhnliche Anforderungen – weit über die Möglichkeiten klassischer Werkzeuge hinaus – damit erfüllen lassen. Während man zu Beginn nur einfache Laser mit Gauß'schem Strahlprofil kannte, entwickelten Wissenschaftler schon bald komplexere Multimode-Formate wie TEM03 oder TEM33, wie sie aktuell in der Telekommunikation, analytischen Instrumenten, der Medizin, dem Laserschweißen, Laserscannen, der Gesichtserkennung und vielem mehr angewendet werden.

Evaluating a Multimodal Beam
Abbildung 1: Beispiel eine Gauß'schen TEM00 Strahls.

Evaluating a Multimodal Beam
Abbildung 2: Beispiel eines Multimode Intensitätsprofils höherer Ordnung (Quelle: RP Photonics Encyclopedia)

Die Prozess- und Qualitätskontrolle ist in der Mehrheit der Unternehmen heute der Motor, der die Anforderungen an effiziente und effektive Werkzeuge immer weiter steigen lässt. Ziel ist es, verschiedene Aspekte innerhalb der Forschungs- und Industrieprozesse im Detail sehen, messen und verfeinern zu können. Die Laseranwender wissen genau, wie wichtig das Feintuning der Ausgangsleistung der Laser ist, um das Resultat des Prozesses zu verstehen und zu optimieren. Ihnen ist auch bewusst, dass es aufgrund der Tatsache, dass Laser sehr dynamisch sind und sich im ständigen Wandel befinden, zu Variationen der modalen Verteilung kommen kann und auch kommt. Angefangen von den Prozesseingaben bis hin zu Umgebungsbedingungen können sie die modale Verteilung beeinflussen. Als Ergebnis werden wir häufig mit der Frage konfrontiert:

"Welches Werkzeug bietet Ophir, um – ganz gleich bei welcher modalen Struktur z.B. Single- oder Multimode - in Echtzeit qualitative und/oder quantitative Messungen zum Strahl oder der Strahlquelle durchzuführen?"

Ophir entwickelte dafür eine Reihe kamerabasierter Strahlprofilmessgeräte. Diese Systeme sind recht einfach zu nutzen und ermöglichen dem Anwender, das Verhalten der Strahlquelle oder der Stichprobe in Echtzeit in Bezug auf modale Verteilung, Strahlungsdichte, Leistungs- und Energiedichte usw. zu bewerten. Jedes Profilingsystem besteht aus einer Kamera und einem Softwarepaket (abhängig von der Wahl des Kamerasystems).

 

BeamGage Software und die Partitioning-Funktion

Herzstück der Profilingsysteme ist die BeamGage Software, die in zwei Varianten verfügbar ist: Standard und Professional. Drei dedizierte Funktionen unterscheiden BeamGage PRO von BeamGage Standard:

  • Partitionierung
  • Spezifische Berechnungen
  • Automatisierungs-Schnittstelle

Dieser Überblick widmet sich speziell einer Funktion innerhalb der BeamGage Software: der Partitionierungsfunktion

Um eine Multimode-Quelle vollständig zu analysieren, empfehlen wir die Nutzung der Partitioning-Funktion enthalten in BeamGage PRO. Sie ermöglicht es dem Anwender, einzelne, individuell spezifizierte Interessensbereiche für jedes modale Feld oder jede Stichprobe zu isolieren und vollständig auszuwerten. Die Partitionen teilen das Kamerabild grundsätzlich in separate Regionen und berechnen für die Partitionen eigene Strahlergebnisse.

Nutzt man die Partitionierung, lassen sich die Ergebnisse für die unabhängigen Regionen miteinander vergleichen; Ergebnisse werden entweder im Ergebnisfenster oder in einer Delta Centroid-Tabelle dargestellt. Das Ergebnisfenster kann zu einer Zeit jeweils nur die errechneten Ergebnisse für eine Partition darstellen, unabhängig davon wie viele Partitionen eingerichtet wurden.

Gängige Anwendungen im Rahmen der Partitionierung beinhalten den Vergleich entweder von mehreren Strahlpunkten oder Probenzelle zu festgelegten räumlichen Koordinaten oder zueinander. Dies wird vervollständigt durch die Nutzung von Delta-Centroid- oder Delta-Peak-Tabellen. Im Folgenden zeigen wir als Beispiel einen multimodalen Strahl, der mithilfe der BeamMaker-Funktion generiert wurde, die in allen Versionen der BeamGage Software gefunden werden kann und der Partitionierungsfunktion.

Evaluating a Multimodal Beam
Abbildung 3: Anwendungsbeispiel für die Partitioning-Funktion der BeamGage PRO™ Software (simulierter Strahl).

Evaluating a Multimodal Beam
Abbildung 4: Detaillierte Ansicht in 1D- und 2D der gewählten Partitionen (BeamMaker generierter Strahl).

Die Partitionsdaten können innerhalb des Ergebnisfensters, wie unten gezeigt, angepasst und angesehen werden.

Evaluating a Multimodal Beam
Abbildung 5: Beispiel eines Ergebnisfensters

Einige Endanwender erachten es als hilfreich, die Spitzen- oder zentrierten Daten zu erhalten, wenn sie die gewählten Partitionen vergleichen. Sechs Variationen sind verfügbar und können basierend auf den Vorlieben des Anwenders dargestellt werden:

  1. Mittelpunkt der Gerade zu Mittelpunkt der Abweichungen
  2. Mittelpunt in X-Achsenrichtung zu Mittelpunkt der Abweichungen
  3. Mittelpunt in Y-Achsenrichtung zu Mittelpunkt der Abweichungen
  4. Spitzenwert der Gerade zu Spitzenwerten der Abweichungen
  5. Spitzenwert in X-Achsenrichtung zur Spitzenwert der Abweichungen
  6. Spitzenwert in Y-Achsenrichtung zur Spitzenwert der Abweichungen

 

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Abbildung 6: Beispiel einer Delta Centroid-Tabelle.

Das Beispiel unten zeigt aktuell eine Struktur aus zeilenförmig angeodneten Kavitäten, die von einer Einzelquelle angestrahlt wird. Zu beachten ist, dass die Zellen nicht gleich oder gleichförmig angestrahlt werden. Hier liefert die Partitioning-Funktion wertvolle qualitative Informationen, um damit den exakten Unterschied zwischen individuellen Kavitäten oder zwischen Partitionen auszuwerten. Diese Informationen erweisen sich gerade beim Feintuning oder bei Ermitteln der Ursachen für spezifische Unterschiede als sehr hilfreich.

Evaluating a Multimodal Beam
Abbildung 7: Mehrzellen-Kavität dargestellt mit einem SP928 Profilingsystem mit & ohne Partitionierung.

Es gibt zahlreiche weitere kreative Möglichkeiten zur Nutzung der Partitioning-Funktion und einige andere Funktionen, die in diesem Artikel nicht dargestellt wurden. Die aktuelle Version der BeamGage PRO Software steht zum Download direkt auf der Ophir Webseite zu Verfügung. Sie können mittels der BeamMaker Anwendung die Fähigkeiten dieser Funktion direkt, erster Hand, kennenlernen.

Sollten Sie aktuell ein kamerabasiertes Profiling-System zusammen mit einer Standard BeamGage Lizenz betreiben, können Sie diese gegen eine geringe Gebühr upgraden. Sie wünschen einen tiefreichenderen Einblick in die Software anhand ihrer Laser- oder Lichtquelle? Nehmen Sie direkten Kontakt auf mit unseren lokalen Experten und vereinbaren Sie eine individuelle Vorführung.

Mark Szorik, Sr. Sales Territory Manager, Ophir Products

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