Удаление фонового шума для точного профилирования лазерного пучка и измерения мощности

В технологии лазерного пучка «шум» просто описывает любые фоновые помехи, которые могут вызвать колебания в измерениях. Этот шум, который обычно проявляется в виде рассеянного фонового света, может влиять как на диаметр пучка, так и на измерения мощности. В большинстве случаев эти ошибочные показания больше, чем предполагается.

В этой статье рассказано, как минимизировать фоновый шум и повысить точность показаний при выполнении измерений как диаметра, так и мощности.

Измерение диаметра лазерного пучка

Измерения диаметра лазерного пучка обычно выполняются с помощью приборов для профилирования лазерного пучка. Еще до того, как в игру вступит фоновый шум, точность измерений будет зависеть от типа используемых устройств.

Выбор правильного профилометра пучка

При выборе профилометра для измерений лазерного пучка необходимо учитывать следующие факторы:

• Спектральный диапазон, который датчик может безопасно покрывать. Если находиться за пределами спектрального диапазона, возможно, придется использовать специальные фильтры и преобразователи длин волн;
• Размер луча – пиксели камеры должны быть достаточно маленькими, чтобы получить хорошее разрешение. Кроме того, пучок должен соответствовать размеру датчика;
• Мощность и плотность мощности лазера – инструменты для профилирования луча очень чувствительны. Поэтому важно убедиться, что мощность и плотность лазера находятся в пределах безопасных рабочих параметров оборудования.

Теперь, когда сделан выбор профилировщика на основе вышеуказанных критериев, нужно указать ему, какой метод измерения диаметра луча использовать. Например, если стоит измерить гауссов пучок первого порядка, рекомендуется использовать метод D4σ.

D4σ, однако, включает вклады пикселей из других областей в пределах активной области датчика. Другими словами, он чувствителен к рассеянному фоновому свету, что приводит к завышению диаметра луча.

Снижение фонового шума при профилировании

Стандарты ISO рекомендовали удалить фоновый шум при измерениях лазерного пучка для обеспечения точности измерений. Мощное программное обеспечение Gentec-EO для профилирования может обнаруживать и удалять фоновый шум одним щелчком мыши.

Функция «вычесть фон» позволяет указать окружающий фоновый свет в качестве базового измерения или нулевого значения. Другими словами, в стабильной среде любые измерения, выполненные после установки базовой линии, будут производиться исключительно от лазерного луча.

Нажав на панель инструментов и выбрав «вычесть фон», программа сообщит вам, что нужно заблокировать лазерный луч. Как только луч заблокируется, программное обеспечение начнет вычислять фоновый шум на основе измерений, полученных из 10 кадров. Как только шум будет определен и установлен на ноль, лазер можно разблокировать для повторной калибровки и более точного считывания диаметра.

Измерение мощности лазерного пучка

Снижение фонового шума и повышение точности измерения мощности в приборах детектора мощности. Прежде чем обратиться к снижению шума, крайне важно выбрать правильные инструменты измерения, чтобы гарантировать получение наилучших возможных показаний мощности.

Выбор подходящего датчика

Есть шесть основных параметров, которые следует учитывать при выборе лучшего инструмента для измерения выходной мощности лазерного пучка:

• Длина волны;
• Размер пятна/профили пучка;
• Минимальная и максимальная средняя выходная мощность;
• Максимальный и минимальный выход энергии на импульс;
• Частота повторения;
• Ширина импульса.

Получение точных измерений и снижение фонового шума

В Gentec-EO сформулировали восемь общих рекомендаций по достижению наиболее точного измерения мощности при использовании детекторов мощности на термобатареях. Эти рекомендации изложены ниже:

• Следует убедиться, что детектор используется в соответствии с его номинальными характеристиками (средняя мощность, плотность мощности, частота повторения и т. д.);
• Перед началом измерений нужно убедиться, что лазер устойчив. Практическое правило заключается в том, чтобы предварительно включить лазер не менее чем на 20–30 минут;
• Необходимо использовать 40% - 60% оптической апертуры;
• Нужно включить лазер и нагревать детектор мощности Gentec-EO не менее двух минут для достижения теплового равновесия;
• Затем выключить (или заблокировать) лазерный луч минимум на две минуты;
• Как упоминалось ранее, нужно использовать функцию вычитания фона в программном обеспечении, чтобы устранить любой рассеянный свет, установив нулевую базовую линию;
• Далее снова включить лазер и нагревать детектор Gentec-EO еще две минуты;
• И последнее, но не менее важное: измерить мощность луча с помощью метода усреднения в течение как минимум одной минуты.

Важно иметь в виду, что описанная выше процедура относится к детекторам на термоэлементах. Нет необходимости выполнять шаги теплового равновесия с фотодиодными детекторами.

Например, фотодиодный детектор, подключенный к ПК, используется для определения средней выходной мощности зеленого лазера. Как видно на нижнем рисунке, начальное значение 24.5 мВт. После того, как использовались автоматические функции базовой линии фонового шума, показание снизилось до 22.7 мВт, примерно 7% от исходного значения.

Показатели средней выходной мощности лазера

Точное профилирование лазерного пучка и измерение мощности зависят от двух основных факторов: выбора правильного измерительного оборудования и устранения фонового шума.