M²测量的几种解决方案

　　美国Photon公司对于M²的测量有很多解决方案，包括简单的手动测量和全自动测量。无论是对新的激光器系统的研究与开发，产品质量的保证，还是对现有系统的服务与维护，针对激光器和激光系统不同的M²测量频率要求，Photon都能提供一套系统来满足用户的需要。

手动M²测量

　　Photon公司的狭缝扫描和基于相机的光束质量分析仪的软件包中都有一个M²向导软件，其在早期的BeamScan和BeamProfiler产品中被称做K因子向导软件。在NanoScan中这个新的M²向导软件包，可以让用户使用瑞利方法进行M²的测量。Photon公司还有一个手动调节的瑞利装置(RAL-FXT)，和M2向导软件配合使用可以轻松测量M²。

瑞利方法测量M²

　　M²就是对激光传输的测量，它量化了激光光束的质量。理想的TEM₀₀高斯光束的M²=1，这是理论上的最佳激光传输。在透镜公式中：

　　最小焦点尺寸

　　M²=1时对最小焦点尺寸d0没有影响，d0只与波长λ和发散角θ有关，这也是大部分激光器制造商想让M²接近1的原因。

　　瑞利方法就是在光束传播的轴线上使用一个测试透镜和一些可以移动光束分析仪的装置，用分析仪找到透镜产生的束腰的位置，并测量其直径，然后把分析仪移动到测试透镜最近处光斑直径= QUOTE d0的位置，记录下这个位置后再把分析仪移动到测试透镜最远处光斑直径= QUOTE d0的位置，这两个位置叫瑞利点，瑞利点之间的距离2Zr和d0值输入到下面的公式就可以得到M²值。

2zr是瑞利点间的距离, d0是束腰直径, λ是激光器波长，M2（k因子）向导软件会引导用户经过一系列步骤计算出M²值。下面显示的就是NanoScan 的M²向导软件中测量M²的五个步骤（k因子向导软件的使用及其类似）

第一步-输入波长并选择测量方法

第二步-束腰的测量       

第三步-找到近端瑞利点的目标值：Zneg

第四步-输入Zneg值，找到远端瑞利点的目标值：Zpos

第五步-输入Zpos值，软件自动计算出M2值。

瑞利范围移动测量装置和向导软件同时使用

　　瑞利装置包括一个底座，一个滑轨和一个数字千分尺。底座(5.4×10.2×0.38英寸)的中心有一系列¼-20螺丝固定孔，用来安装聚焦透镜。通过调节在底座上的不同位置，扫描头在滑轨上的最大移动距离在6英寸以上。可以伴随滑动的具有手动调零功能的Mitutoyo千分尺对扫描头的位置和/或移动距离可以提供几十微米的精度。

1. 测量束腰：利用瑞利装置，用户可以缓慢移动光束分析仪通过测试透镜产生的束腰，NanoScan的M²向导软件会记录下X轴和Y轴的最小束腰直径。

2. 确定瑞利范围 2Zr：利用瑞利装置把扫描头移动到最接近测试透镜的瑞利点，并记录下千分尺上显示的位置值。通过同样的方法得到离透镜最远的瑞利点的位置值，软件将会计算出光束两个轴向的M²值。

自动M²测量

　　Photon公司有几种自动测量M²的方法，其中ModeScan就是按照ISO 11146方法和全自动瑞利方法专门测量M2的全自动测量系统。ISO方法要求用户沿着光束传播的轴向输入十个测量点，5个点在束腰附近，5个点在测试透镜的两个瑞利范围之外，设置完成后，整个M²的测量时间不超过20秒。专门的ModeScan软件除了会显示每个轴向的M²值之外，还会显示K因子(1/M²)，实际的束腰直径、位置以及光束瑞利范围这些光束传输的参数。

　　ModeScan也可以使用瑞利方法来自动测量M²，选择瑞利方法后，ModeScan可以找到束腰和两个轴上的瑞利点，同ISO方法一样，它也会显示光束传输的各个参数。这个测量方法是全自动的，除了最初的设置和需要输入波长和透镜参数外，就不再需要用户的干预。由于需要找到实际的束腰和瑞利点，所以这个方法的测量时间要比ISO方法长一些，虽然全部的测量时间与被测激光器有关，但通常也不会超过2或3分钟。它的优点是全自动测量，测量时操作者可以继续从事其它工作。