束散角檢測：核心檢測項目與完整技術指南

一、束散角檢測的核心目標

1. 定量測量光束發散程度，驗證是否符合設計指標（如激光器出廠標準）
2. 評估聚焦系統（如透鏡組）的校正能力
3. 監測光束質量退化（如光學元件污染導致的散射）

二、關鍵檢測項目與實施方法

• 項目內容：
  • 全發散角（Full Divergence Angle）：基于光束遠場分布的半高全寬（FWHM）
  • M²因子（光束質量因子）：實際光束與理想高斯光束的偏離程度
  • 近場/遠場分布：分析空間模式（TEM00、高階模等）
• 檢測方法：
  • CCD成像法：使用高分辨率CCD相機（如Thorlabs BC206N）配合長焦鏡頭，在多個軸向位置（≥3點）拍攝光斑，通過非線性擬合計算發散角。 操作要點：
    • 需消除環境雜散光干擾（使用窄帶濾光片）
    • 校準像素尺寸（分辨率板標定）
    • 采集距離滿足遠場條件（?>2??02/?z>2πw02?/λ，?0w0?為束腰半徑）
  • 狹縫掃描法：機械狹縫沿光束截面移動，記錄透射光強分布（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散角（適用于相干性檢測）。

• 項目內容：
  • 發散角隨功率/溫度變化的穩定性
  • 脈沖激光的發散角時間演化（ns級瞬態測量）
• 技術方案：
  • 高速光電探測器（如PIN二極管）結合示波器采樣
  • 溫控環境箱模擬工況條件（-40℃~85℃）

• 適用場景：超連續譜光源、多波長激光系統
• 實施步驟：
  1. 分光棱鏡分離波長通道
  2. 各通道獨立測量束散角
  3. 分析波長-發散角相關性（如色散補償效果）

三、檢測設備選型與技術參數

四、檢測流程標準化（ISO 11146-1/2）

1. • 基準光學校準：使用已知發散角的He-Ne激光器校準系統誤差
   • 消除像差影響：采用λ/10平面鏡反射式光路設計
2. • 采樣點數：沿光軸至少5個截面，間距按指數遞增
   • 光強閾值：測量時保證探測器線性工作區（通常10%-90%飽和強度）
3. • 二階矩法計算束寬：?(?)=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、前沿技術進展

• 壓縮感知超分辨檢測：通過稀疏采樣重建高精度光場分布，減少數據采集量（適用大功率瞬態測量）
• AI輔助診斷：訓練CNN神經網絡識別光束畸變類型（如像散、彗差）
• 片上集成探測：基于硅光子的微型傳感器實現原位實時監測

結語