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2023.12
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本文将从可测光斑大小、功率大小、脉冲激光测量、光斑类型等四个方面将相机和狭缝式光斑分析仪进行对比介绍，简述光斑分析仪该如何选择，以期起到概念普及和抛砖引玉的作用，让读者能够更好的根据自己需求进行选择。
1、可测量光斑大小
相机式光斑分析仪是基于相机成像靶面接收光斑并成像的原理实现，所以可测量的最大光斑由相机sensor的有效尺寸决定，通常可测10mm直径的光斑。目前，相机式接收靶面像元大小为5.5um，意味着可测最小光斑是55um（10倍像元）。
当光斑仅有几个像素大小时，相机式便无能为力了，这时扫描狭缝式光斑分析仪优势得以凸显，它是基于两条正交狭缝分别扫描光斑的XY轴，然后得出整个光斑的形态。刀口扫描模式可测量最小2.5um大小光斑。所以扫描狭缝式光斑分析仪对微米级光斑测试有绝对优势。
2、功率大小
由于相机只能承受微瓦量级的功率，过高的功率会导致探测器饱和，即超过阈值像素将无法对能量的变化做出反映，造成光斑的失真，也就是我们常说的过曝。所以利用相机式光斑分析仪准确测量光斑时，需要将激光信号的功率衰减到饱和光功率以下才能正确测量光斑。
相机式能测试的功率范围与外部衰减息息相关，如Beamhere相机式光斑分析仪标配6片衰减片应对不同功率测试需求，最高可测1W的激光光斑。
相比之下，扫描狭缝式的可测功率就要高的多，扫描狭缝式光斑分析仪每次只会允许狭缝处的光透过并采集功率值，不会一次接收全部的光功率，这使得扫描狭缝式光斑分析仪的可以测试近10W的高功率激光。
3、脉冲激光测量
对于不同脉冲激光器，狭缝式的光斑分析仪由于只允许狭缝部分的光透过，测量脉冲激光时需要精确控制狭缝位置与扫描频率，才能让脉冲激光通过狭缝被采集到。当激光重频与狭缝扫描频率严重不匹配时，狭缝就无法扫描到一个完整的光斑。相比之下，相机式光斑分析拥有连续测量模式与外部触发模式，只需要同步相机和激光，即可采集完整的单脉冲光斑，适合绝大多不同的脉冲激光测量。
4、光斑类型
通常多数激光器谐振腔输出的光斑形态都是高斯或近高斯分布，针对高斯或近高斯分布的光斑，相机式与狭缝式虽然测量原理不同，但都能正确的反映其形态。
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狭缝式基于其狭缝扫描的测试原理，用狭缝依次扫描光斑的不同位置，所有透过狭缝的光将被采集，相当于光在狭缝的方向（图中红色箭头）上进行累加，得到图片右侧轮廓的点，进而拟合出高斯轮廓。 |
相机式基于相机靶面成像的原理，光斑的形态由众多像素的亮暗程度给出，所以我们只需要取光斑中心的一列像素值（图中红线）就可以得到一个侧面轮廓图。
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在实际激光应用中，光斑并非总是呈高斯分布的基横模形态，往往会出现许多不规则分布或高阶横模的情况。比如光镊系统中的贝塞尔光束，我们希望能量尽可能集中在中心光斑处，所以用光斑分析仪来验证其质量。
相机式光斑分析仪成像是由像素阵列同时接收并反馈出光斑截面不同位置的形态，所以即使能量分布不规则或非高斯分布含高阶横模的光斑也能由相机款光斑分析仪准确的测量。
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同样，光在狭缝的方向（图中红色箭头）上进行累加，得到图片右侧轮廓的点，但复杂的光斑在狭缝方向上还是存在的非规则的能量分布，累加后就失去了这个能量分布的信息。得到轮廓曲线是光斑在这个轮廓方向上的总和轮廓，光斑中的凹陷细节失真了。 |
而相机式在复杂光斑的处理上则更加合适，选取光斑中心的一列像素值（图中红线），这一列像素中的不同像素依旧能反映这一部分光斑的能量分布特征，从图中可以看到他对于光斑中的凹陷正确的反映出来。 |
狭缝式的则是将透过狭缝的光功率汇总为XY轴轮廓曲线上的一点，所以会导致无法反映复杂光斑的形态。
综上所述，将狭缝式与相机式光斑分析仪特点总结如下表：
相机式光斑分析仪和扫描狭缝式光斑分析仪基于不同的原理对光斑进行采集与分析，在绝大多数场景二者是可以相互替代的，然而在一些特殊的光斑测试情境中相机式光斑分析仪和扫描狭缝式光斑分析仪的优缺点形成了非我即你的互补态势，二者优劣组合实现最广泛光斑种类的测试能力。
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