CINOGY光束質(zhì)量分析儀：應(yīng)用于大角度發(fā)散角的激光光束測量

Cinogy光束質(zhì)量分析儀—角度響應(yīng)校準(zhǔn)：應(yīng)用于大角度發(fā)散角的激光光束測量

1.1應(yīng)用范圍

有不同種類的應(yīng)用需要考慮角度響應(yīng)。這些應(yīng)用大多使用(非常)發(fā)散的光束。在這種情況下，我們在一幅圖像中有連續(xù)的入射角范圍。照相機(jī)的靈敏度取決于激光束的入射角，這是由過濾器和傳感器造成的。

1.2 角度線性原因

1.3過濾器

這里，我們將只考慮吸收濾波器。如果光束沒有垂直入射到濾光器上，則通過濾光器的路徑較長。較長的路徑導(dǎo)致較強(qiáng)的吸收，因此相機(jī)(濾光片和傳感器)的響應(yīng)較低。與過濾器相關(guān)的效果是各向同性的。但是，如果濾光器相對于傳感器傾斜(取決于相機(jī)型號)，則會在濾光器傾斜的方向上產(chǎn)生各向異性。

入射角αin的線性透射可以用數(shù)學(xué)方法描述，如果透射指數(shù)為垂直光束T0和折射率n已知。

因為對吸收性濾光片來說，T0與波長有很大的線性關(guān)系，與入射角度有關(guān)的相對透射率Trel也與波長密切相關(guān)。

1.4傳感器

角度響應(yīng)取決于傳感器技術(shù)、傳感器類型、波長和微透鏡。通常它不是各向同性的。

圖1:KAI-16070對單色光(未知波長)的角度線性靈敏度。參考:KAI-16070的 數(shù)據(jù)表

圖2 CMX4000白光的角度線性靈敏度

如這些示例所示，對于不同類型的傳感器，角度響應(yīng)可能完全不同。因為這種效應(yīng)還 取決于波長和單個傳感器(每個傳感器表現(xiàn)出稍微不同的行為)，取決于波長的校準(zhǔn)是必要的。兩個傳感器都顯示出各向異性。為了考慮校準(zhǔn)中的各向異性，需要比僅在x和y方向上更復(fù)雜的測量。

2 涂層

通過一種特殊的涂層，我們可以消除(主要是抑制)傳感器本身的角度產(chǎn)生。剩余的影響角度的靈敏度是由濾波器引起的。這產(chǎn)生了以下

主要優(yōu)點:

1）剩余的角度響應(yīng)是各向同性的，這意味著它不再取決于入射角的方位角。

2）剩下的角度響應(yīng)的校正系數(shù)更小，因此更不容易出錯。

下面的圖表顯示了CinCamcmosNano 1.001在940nm下的兩個角度響應(yīng)測量值，前面有CMV4000傳感器和OD8吸收濾光片。

第1張圖表中的攝像機(jī)采用默認(rèn)設(shè)置，沒有特殊涂層。

圖3:CMV 4000傳感器在x(藍(lán)色)和y(橙色)方向的角度響應(yīng)，前面有OD8吸收濾光片，在940nm處測量。上半部分顯示相對角度響應(yīng)，下半部分顯示測量點和蕞佳擬合曲線之間的相對偏差。

第二張圖中的相機(jī)是用特殊涂層制作的。

圖4:CMV 4000傳感器在x(藍(lán)色)和y(橙色)方向的角度響應(yīng)，該傳感器具有特殊涂層，前面有OD8吸收濾光片，在940納米處測量。上半部分顯示相對角度響應(yīng)，下半部分顯示測量點和蕞佳擬合曲線之間的相對偏差。

這里，角度響應(yīng)是各向同性的、平滑的，對于大角度，下降效應(yīng)不太明顯。CinCam CMOS Nano Plus-X針對傳感器和外殼正面之間的極短距離進(jìn)行了優(yōu)化。這使得入射角度高達(dá)65°時的角度響應(yīng)測量成為可能。

3角度響應(yīng)的擬合函數(shù)

擬合函數(shù)是Zernike2多項式，其中入射角的正弦用于半徑。這些多項式為入射角的任意方向提供了x和y方向的簡單插值。用這種方法，我們可以用少量的系數(shù)描述高達(dá)±60度的測量結(jié)果。

4 均勻性

由于生產(chǎn)原因，涂層并不在任何地方都具有完全相同的厚度。這導(dǎo)致照相機(jī)靈敏度的不均勻性增加。這個缺點通過進(jìn)一步的均勻性校準(zhǔn)來補(bǔ)償。

圖5:940納米無涂層傳感器(紫色)和均勻性校準(zhǔn)后(綠色)的相對靈敏度。

5 精度

整體精度取決于以下幾點:

1）擬合精度。

2）角度響應(yīng)的各向同性。

3）垂直光束位置(x，y)的精度。

4）頂點到傳感器的光學(xué)距離的精度(z)。

5）蕞大角度下的角度響應(yīng)下降。

通過特殊的涂層，我們可以提高擬合精度和角響應(yīng)的各向同性。此外，大角度靈敏度的相對下降要弱得多。

6 RayCi中的校正要求

為了根據(jù)角度響應(yīng)校正圖像數(shù)據(jù)，必須滿足以下要求：

1）角度響應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)必須可用于每個波長。該數(shù)據(jù)由蕞佳擬合的Zernike多項式系數(shù)組成。

2）為了生成從每個像素到相應(yīng)入射角的映射，必須知道光束垂直的x和y傳感器位置。

3）需要傳感器和激光焦點位置之間的光學(xué)距離。

4）CINOGY Technologies提供外殼和傳感器之間的光學(xué)距離作為額外的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

5）外殼和焦點之間的距離必須由用戶提供。

6）軟件版本必須是RayCi 2.5.7或更高版本。

昊量光電提供的德國Cinogy公司生產(chǎn)的大口徑光束分析儀，相機(jī)采用CMOS傳感器，其中大口徑的CMOS相機(jī)可達(dá)30mm，像素達(dá)到驚人的19Mpixel。是各種大光斑激光器、線形激光器光束、發(fā)散角較大的遠(yuǎn)場激光測量的必不可少的工具。此外CinCam大口徑光束分析儀通用的C/F-Mount 接口設(shè)計，使外加衰減片、擴(kuò)束鏡、紫外轉(zhuǎn)換裝置、紅外轉(zhuǎn)換裝置更為方便。超過24mm通光孔徑的大口徑光束分析儀CinCam CMOS-3501和CinCam CMOS-3502更是標(biāo)配功能齊全的RayCi-Standard/Pro分析軟件，該軟件可用于光束實時監(jiān)測 、測量激光光斑尺寸 、質(zhì)心位置、橢圓度、相對功率測量（歸一化數(shù)據(jù)）、二維/三維能量分布（光強(qiáng)分布） 、光束指向穩(wěn)定性（質(zhì)心抖動） 、功率穩(wěn)定性 （繪制功率波動曲線）、發(fā)散角測量等 ，支持測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出 ，測試報告PDF格式文檔導(dǎo)出等。

主要特點：

1、芯片尺寸大，可達(dá)36mm

2、精度高，單像元尺寸可達(dá)4.6um

3、支持C/C++, C#,Labview, Java語言等多種語言二次開發(fā)

主要技術(shù)指標(biāo)：

RT option:

CMOS/ccd-xxx-RT：響應(yīng)波長范圍：320~1150nm

UV option:

CMOS/CCD-xxx-UV：響應(yīng)波長范圍：150nm~1150nm

CMOS/CCD-xxx-OM：響應(yīng)波長范圍：240nm~1150nm

IR option:

CMOS-xxx-IR：響應(yīng)波長范圍：400~1150nm + 1470nm~1605nm

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上海昊量光電設(shè)備有限公司致力于引進(jìn)國外先進(jìn)性與創(chuàng)新性的光電技術(shù)與可靠產(chǎn)品！與來自美國、歐洲、日本等眾多知名光電產(chǎn)品制造商建立了緊密的合作關(guān)系。代理品牌均處于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前沿，產(chǎn)品包括各類激光器、光電調(diào)制器、光學(xué)測量設(shè)備、精密光學(xué)元件等，所涉足的領(lǐng)域涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫(yī)療、科學(xué)研究、國防及前沿的細(xì)分市場比如為量子光學(xué)、生物顯微、物聯(lián)傳感、精密加工、先進(jìn)激光制造等。

我們的技術(shù)支持團(tuán)隊可以為國內(nèi)前沿科研與工業(yè)領(lǐng)域提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)，硬件開發(fā)，軟件開發(fā)，系統(tǒng)集成等優(yōu)質(zhì)服務(wù)，助力中國智造與中國創(chuàng)造! 為客戶提供適合的產(chǎn)品和提供完善的服務(wù)是我們始終秉承的理念！