M²质量因子测量优化：基于ISO标准的实时测量革新

实时同步的测量解决方案

根据ISO 11146-1标准，激光束质量的评估通常需要在传播轴上不同位置进行多次强度采集。这种传统方法耗时且操作复杂，对操作者的技能要求高，即使进行自动化测量，它也无法实时提供数据，且难以适用于波动大或重复率低的激光。Phasics为此提供了一种简便的M²质量因子测量方法，不仅简化测量流程，而且能实时评估不同类型激光的光束质量，大幅提升操作效率和数据精度。

图1 : ISO 11146标准方法

如图1所示，在ISO 11146测量方法中，必须沿光学轴在瑞利长度范围内的5个不同位置及超过两倍瑞利长度的5个其他位置测量光束宽度。在每个位置，都需要进行5次测量。光束宽度的计算基于二阶矩。随后，通过双曲线拟合得出M²值。

而Phasics高分辨率波前传感器能够单次采集，同步获得激光束的相位与强度信息，迅速得出完全符合ISO标准的M²值。Phasics采用四波横向剪切干涉测量技术，确保提供充足的测量点以精确计算M²因子。与Shack-Hartmann传感器相比，此技术不削减相位图的高频信息，避免了M²值的低估及数据伪像。Phasics传感器即使在低光照条件下也能维持稳定性，有效表征空间调制光束。

图2 : Phasics波前传感器单次采集

如图二所示，Phasics的波前传感器可以放置在光学轴上任何光束能够适应传感器孔径的位置。因此，该传感器可以处理快速发散的光束，对于这类光束，当其在超过两个瑞利长度的距离上的直径可能过大，以至于无法使用ISO 11146方法进行测量。Phasics技术消除了沿光轴扫描的需求，实现即时M²测定，从而可靠表征脉冲激光，并简化激光生产线的集成过程。由于无需在特定轴向距离进行测量，该技术适用于快速发散激光，且无需透镜成像光束腰。

合规性: 

ISO 11146标准符合性的验证

Phasics技术的合规性通过与传统ISO方法的直接比较获得验证。利用波长为632.8纳米的氦氖激光器，并严格按照ISO 11146-1标准第6至9段的要求设置实验，采用Phasics与传统方法交替进行的一系列测量显示，两种方法的结果具有高度一致性，误差控制在0.4%以内，低于技术的可重复性范围。此外，Phasics传感器在不同轴向位置的测试进一步证实了其重复性和灵活性。

图3 : 测量方法结果比较

通过图3可以看到，通过Phasics方法测得的M²值（左图中的绿色方块）与通过ISO 11146方法获得的结果（左图中的蓝色虚线表示）无论距离激光多远都是一致的。

图4 : 测量结果比较

在对M²值远离1的激光进行了类似的测量之后，两种技术的结果再次匹配(如图4)。这两组测量证明了Phasics的M²测量方法在预期的重复性和准确性方面完全符合ISO 11146标准。通过比较M²测量的重复性和再现性，Phasics的优势显著。

Phasics的测量方法优化了激光质量的测量流程，为激光制造与科研领域提供了快速、准确及操作简便的测量解决方案。我们致力于为每一位客户提供符合国际标准的精确激光束分析，以支持技术的持续进步和应用拓展。

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Reference:

1 ISO Standard 11146, "Lasers and laser-related equipment – Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios" (2005)

2 J. Primot, N. Guérineau, "Extended Hartmann test based on the pseudoguiding property of a Hartmann mask completed by a phase chessboard", Appl. Opt. 39, p. 5715-5720 (2000).

3 A. E. Siegman, "Defining, measuring, and optimizing laser beam quality”, Proc. SPIE 1868, 2 (1993)

4 B.J. Neubert et al, "On the problem of M2 analysis using Shack-Hartmann Measurements”, J. Phys. D: Appl. Phys. 34 2414 (2001)