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CINOGY光束質量分析儀:應用于大角度發散角的激光光束測量

時間:2022-07-21 點擊次數:72

1.1 應用范圍


有不同種類的應用需要考慮角度響應。這些應用大多使用(非常)發散的光束。在這種情況下,我們在一幅圖像中有連續的入射角范圍。照相機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。


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1.2 角度線性原因

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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。較長的路徑導致較強的吸收,因此相機(濾光片和傳感器)的響應較低。與過濾器相關的效果是各向同性的。但是,如果濾光器相對于傳感器傾斜(取決于相機型號),則會在濾光器傾斜的方向上產生各向異性。


入射角αin的線性透射可以用數學方法描述,如果透射指數為垂直光束T0和折射率n已知。


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


1.4 傳感器

角度響應取決于傳感器技術、傳感器類型、波長和微透鏡。通常它不是各向同性的。


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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    數據表


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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,角度響應可能完全不同。因為這種效應還 取決于波長和單個傳感器(每個傳感器表現出稍微不同的行為),取決于波長的校準是必要的。兩個傳感器都顯示出各向異性。為了考慮校準中的各向異性,需要比僅在x和y方向上更復雜的測量。


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生。剩余的影響角度的靈敏度是由濾波器引起的。這產生了以下

主要優點:

1)剩余的角度響應是各向同性的,這意味著它不再取決于入射角的方位角。

2)剩下的角度響應的校正系數更小,因此更不容易出錯。

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

第一張圖表中的攝像機采用默認設置,沒有特殊涂層。


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圖3:CMV 4000傳感器在x(藍色)和y(橙色)方向的角度響應,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,下半部分顯示測量點和最佳擬合曲線之間的相對偏差。


第二張圖中的相機是用特殊涂層制作的。


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圖4:CMV 4000傳感器在x(藍色)和y(橙色)方向的角度響應,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,下半部分顯示測量點和最佳擬合曲線之間的相對偏差。


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


3 角度響應的擬合函數


擬合函數是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描述高達±60度的測量結果。



4 均勻性


由于生產原因,涂層并不在任何地方都具有完全相同的厚度。這導致照相機靈敏度的不均勻性增加。這個缺點通過進一步的均勻性校準來補償。


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圖5:940納米無涂層傳感器(紫色)和均勻性校準后(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距離的精度(z)。

5)最大角度下的角度響應下降。

通過特殊的涂層,我們可以提高擬合精度和角響應的各向同性。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


為了根據角度響應校正圖像數據,必須滿足以下要求:

1)角度響應校準數據必須可用于每個波長。該數據由最佳擬合的Zernike多項式系數組成。

2)為了生成從每個像素到相應入射角的映射,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距離。

4)CINOGY Technologies提供外殼和傳感器之間的光學距離作為額外的校準數據。

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公司生產的大口徑光束分析儀,相機采用CMOS傳感器,其中大口徑的CMOS相機可達30mm,像素達到驚人的19Mpixel。是各種大光斑激光器、線形激光器光束、發散角較大的遠場激光測量的工具。此外CinCam大口徑光束分析儀通用的C/F-Mount 接口設計,使外加衰減片、擴束鏡、紫外轉換裝置、紅外轉換裝置更為方便。超過24mm通光孔徑的大口徑光束分析儀CinCam CMOS-3501和CinCam CMOS-3502更是標配功能齊全的RayCi-Standard/Pro分析軟件,該軟件可用于光束實時監測 、測量激光光斑尺寸 、質心位置、橢圓度、相對功率測量(歸一化數據)、二維/三維能量分布(光強分布) 、光束指向穩定性(質心抖動) 、功率穩定性 (繪制功率波動曲線)、發散角測量等 ,支持測量數據導出 ,測試報告PDF格式文檔導出等。


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主要特點:


 1、芯片尺寸大,可達36mm

 2、精度高,單像元尺寸可達4.6um

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


主要技術指標:



RT option: 

CMOS/ccd-xxx-RT:響應波長范圍:320~1150nm

UV option:

CMOS/CCD-xxx-UV:響應波長范圍:150nm~1150nm

CMOS/CCD-xxx-OM:響應波長范圍:240nm~1150nm

IR option:

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

 


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