束散角檢測(cè)：核心檢測(cè)項(xiàng)目與完整技術(shù)指南

一、束散角檢測(cè)的核心目標(biāo)

1. 定量測(cè)量光束發(fā)散程度，驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)（如激光器出廠標(biāo)準(zhǔn)）
2. 評(píng)估聚焦系統(tǒng)（如透鏡組）的校正能力
3. 監(jiān)測(cè)光束質(zhì)量退化（如光學(xué)元件污染導(dǎo)致的散射）

二、關(guān)鍵檢測(cè)項(xiàng)目與實(shí)施方法

• 項(xiàng)目?jī)?nèi)容：
  • 全發(fā)散角（Full Divergence Angle）：基于光束遠(yuǎn)場(chǎng)分布的半高全寬（FWHM）
  • M²因子（光束質(zhì)量因子）：實(shí)際光束與理想高斯光束的偏離程度
  • 近場(chǎng)/遠(yuǎn)場(chǎng)分布：分析空間模式（TEM00、高階模等）
• 檢測(cè)方法：
  • CCD成像法：使用高分辨率CCD相機(jī)（如Thorlabs BC206N）配合長(zhǎng)焦鏡頭，在多個(gè)軸向位置（≥3點(diǎn)）拍攝光斑，通過非線性擬合計(jì)算發(fā)散角。 操作要點(diǎn)：
    • 需消除環(huán)境雜散光干擾（使用窄帶濾光片）
    • 校準(zhǔn)像素尺寸（分辨率板標(biāo)定）
    • 采集距離滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件（?>2??02/?z>2πw02?/λ，?0w0?為束腰半徑）
  • 狹縫掃描法：機(jī)械狹縫沿光束截面移動(dòng)，記錄透射光強(qiáng)分布（適合高功率激光，避免CCD飽和）。
  • 楊氏雙縫干涉：通過干涉條紋間距反推發(fā)散角（適用于相干性檢測(cè)）。

• 項(xiàng)目?jī)?nèi)容：
  • 發(fā)散角隨功率/溫度變化的穩(wěn)定性
  • 脈沖激光的發(fā)散角時(shí)間演化（ns級(jí)瞬態(tài)測(cè)量）
• 技術(shù)方案：
  • 高速光電探測(cè)器（如PIN二極管）結(jié)合示波器采樣
  • 溫控環(huán)境箱模擬工況條件（-40℃~85℃）

• 適用場(chǎng)景：超連續(xù)譜光源、多波長(zhǎng)激光系統(tǒng)
• 實(shí)施步驟：
  1. 分光棱鏡分離波長(zhǎng)通道
  2. 各通道獨(dú)立測(cè)量束散角
  3. 分析波長(zhǎng)-發(fā)散角相關(guān)性（如色散補(bǔ)償效果）

三、檢測(cè)設(shè)備選型與技術(shù)參數(shù)

四、檢測(cè)流程標(biāo)準(zhǔn)化（ISO 11146-1/2）

1. • 基準(zhǔn)光學(xué)校準(zhǔn)：使用已知發(fā)散角的He-Ne激光器校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差
   • 消除像差影響：采用λ/10平面鏡反射式光路設(shè)計(jì)
2. • 采樣點(diǎn)數(shù)：沿光軸至少5個(gè)截面，間距按指數(shù)遞增
   • 光強(qiáng)閾值：測(cè)量時(shí)保證探測(cè)器線性工作區(qū)（通常10%-90%飽和強(qiáng)度）
3. • 二階矩法計(jì)算束寬：?(?)=2[⟨?2⟩−⟨?⟩2]w(z)=2[⟨x2⟩−⟨x⟩2]?
   • 非線性最小二乘擬合：?(?)2=?02+?4(???0)2(?−?0)2w(z)2=w02?+M4(πw0?λ?)2(z−z0?)2

五、典型問題診斷與解決

六、前沿技術(shù)進(jìn)展

• 壓縮感知超分辨檢測(cè)：通過稀疏采樣重建高精度光場(chǎng)分布，減少數(shù)據(jù)采集量（適用大功率瞬態(tài)測(cè)量）
• AI輔助診斷：訓(xùn)練CNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別光束畸變類型（如像散、彗差）
• 片上集成探測(cè)：基于硅光子的微型傳感器實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

結(jié)語(yǔ)