如何確定激光束腰的位置？

01-04

想要知道激光器輸出激光束腰的位置，前輩說用 M2 儀測得不準，一般用激光指示卡來看光斑大小，但是我想要測的激光光束束腰很小，不到 1mm，肉眼很難分辨，請問如何確定激光光束束腰的位置呢？或者說實際應用中是否需要知道束腰的位置？

M2因子儀不是測束腰的啊，M2儀裡面有個透鏡，通過移動摺疊光路，測量束腰附近±200mm的光斑變化。

如圖（我的丑光斑）：

假設波長1um，M2=1的話，束腰半徑小於0.5mm，假設是0.3mm吧，對應的瑞利長度約0.28m。

也就是說，0.2m內較難看出明顯變化。

（橫軸束腰半徑（mm），縱軸瑞利距離（m））

通常我是用用CCD沿著光的方向測一遍光斑大小，覺得最小的就是束腰了。但最小值不好判斷，取兩個基本相同大小的光斑位置，束腰權當在中間咯

功率開大點，拿鋼板走一遍，聲兒最響的就是束腰~

1kHz及以下重頻可以用相紙，用透明自封袋封起來（不然灰很大），然後往焦點附近快速插、甩~~

比較一下哪個位置打出來的光斑小，同時也可以看出光斑質量。

1kHz以上、10kHz以下需要極高的手速。

反正我一直這麼測的，實際應用中，束腰越小，瑞利距離越短，位置精度要求越高；束腰越大越無所謂。

扔塊板磚引玉~~

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不邀自答：

看看這個是不是你們要的束腰信息呢？

下面是用焦點分析儀測試得到的一個幾千瓦的連續CO2激光器的焦點信息（這個設備最高可以測到連續的50KW），可以很直觀的看到光束在焦點附近的分布情況以及對應某光束截面的光強分布，可以看出該光束在中心位置的強度較低，光強分布為環形，大概是TEM01模式（有錯誤請指出），該光束的M2約為2.24，品質一般，不過高能的CO2激光器基本上也就這樣了。

這個可以很直觀的確定每個截面上的分布數據。

如果光束與探測面有一定的傾角，也不用擔心，直接看3D的，可以直觀的估算出光束和探測面的角度。也可以做積分，確定焦點上下X範圍內的強場分布，如下圖所示：

做了積分計算有什麼好處呢？

對於比較薄的材料，影響不大，但是對於比較厚的材料，確定材料相對於焦點位置對加工的影響來說是非常重要的，焦點位置不同，加工時材料接收的能量和效果是完全不一樣的

下面簡單介紹一下它的原理：

紅色的是激光光束，一個R $Theta$ 平面的高速旋轉探針進行取樣，並通過內部的光路將取樣的光送到探測器上，確定本次取樣的能量P，同時記錄下探針的角度位置 $Theta$ 以及R（通過平台位置確定）當R和 $Theta$ 掃完對應的區域以後，通過計算機將對應的數據進行合成，得到對應截面的光強分布信息，完成一組測量。

移動Z軸，再測量一個截面，多次重複，再經軟體合成後，就能得到整個光束的焦點信息了。

這個探針取樣型高功率探測器難點在哪裡呢？

1.探針是一個微反射鏡（幾十微米），需要能耐高溫及冷熱衝擊，對於對應的鍍膜技術要求很高；

2.探針的移動控制及時間同步測量。固定器件的高精度定位是比較容易的，已經有達到nm甚至壓nm級別的定位，但是高速運動的器件的重複定位會受各種因素的影響，完成一次完整的測試需要數千次同步，對電機的穩定性要求很高，如果卡住一下，整個設備基本上就報廢了。

謝邀，因為做過很多激光加工，經常要測量束腰位置。

1. 最直接的方式就是用CCD對光束橫截面進行測量了，此法既能測量束腰位置，又能測量束腰尺寸，CCD一般非常敏感，所以測量的時候要對激光進行一定的衰減。

對於mW量級的激光，一般是用那種可以旋轉的衰減片。
對於&>10W的加工激光，一旦進入工作狀態就會因為太強很難衰減，沒法在CCD處測量。我們用的IPG激光器在激光通電但是沒有發光的時候會有一定的漏光，這個漏光很微弱，可以用來測束腰半徑。對於你們的激光，看在通電但是沒設置發光的狀態下是否有漏光，如果有漏光可以利用一下測量束腰。

2. 如果激光實在很強，比如1000W級別的激光，可以衰減之後對鋼板進行打標。上下移動鋼板，每次打標換位置，觀察打標形狀判斷焦點位置（這個需要一定經驗才能很好地判斷焦點處打標形狀，焦點上方打標形狀會隨著打標位置靠近束腰而變化，鋼板移到了焦點下方打標形狀又變回去了）。聽聲音的方法類似，不過比較不精確。

3.Confocal法，對光纖激光器（出射耦合方式要是光纖），我摸索出這種更為簡便的方法。光纖中的激光進入自由空間之後，在自由空間中被再次聚焦，此時在光線路徑處放置一個反光鏡（左右移動（延激光方向移動）），當反光鏡在焦點處附近的時候，激光會被反射進光纖中。其被光纖接收的強度隨著激光離焦點位置的遠近而變化，當反光鏡和焦面重疊的時候，反射到光纖裡面的激光最強（焦點處是等相位面，放鏡子激光會原路返回）。光纖纖芯的端面相當於一個空間過濾器，這相當於Confocal的原理，注意下圖中兩個透鏡中的左面的透鏡是光纖-自由空間轉換的透鏡，右面的透鏡是聚焦激光之後要測束腰位置的透鏡。為了測反射進激光的強度，加個2*2 的光纖coupler(其實對於做OCT來說這個2*2是必須的），然後用diode/ccd/powermeter來測量反射進光纖的強度。如果能很方便得沿著激光傳播方向移動反射鏡，此法是很快的。

！！！此法會有激光回饋到激光器裡面，如果激光對回饋敏感，要加光隔離器！！！

謝邀。

放個方便定位的參照物，然後手機加個衰減片攝像，剩下的自己想。

tips：

一個人容易手抖，兩個人合作事半功倍。

iPhone高速攝像效果更佳。

中小功率CW激光，我都是光束質量分析儀加衰減片，然後隨便放幾個位置（至少3個位置吧，都故意放在光學平台的螺絲孔位置，所以相對距離很容易計算，1inch一個）測出光斑直徑，代入公式（寫成個小腳本）一算，就好了。一般都挺準的。

這裡附上我自己用的程序，網頁版的，破解自某本iBookstore的書的附錄程序。

Gaussian Beam Measurement

還有一個是計算模式匹配的

Mode Matching Calculator

其中高斯光束測量那個工具里，總共提供了4種方法，後面3種是針對買不起光束質量分析儀的。。。

還有就是，如果是從光纖里出來的模式不錯的光，先簡單調好光束的光高，然後測試時候可以讀光束質量分析儀的垂直方向光斑，這樣就不會受到分析儀放歪的影響（光入射不垂直於分析儀的CCD的話，水平方向光斑直徑會偏大，但是豎直方向因為由套筒保證垂直了，不會有這個問題）。這樣測量效率又大大提高，隨便放幾個點就可以了，不需要刻意垂直。

M2分析儀不是用來測束腰的，它是用來測光斑質量的。它內部有個透鏡，然後在焦點附近掃描，最後確實是可以反推回去入射光的束腰應該在哪裡。但你的前輩說的沒錯，這個值參考意義不大。

最直接的方法當然是拿CCD或者任何可以測光斑大小的儀器沿光路掃描就好，如果功率大了就想辦法，如果不用精確那張紙也行。

上面有人問束腰在諧振腔裡面還是外面，一般都是裡面，所以諧振腔的光一般都是發散的。

對於束腰的測量，對於不同的功率大小，波長，光束尺寸。Photon和Spiricon提供不同的測量方法。

1.相機式M2分析儀：