大千世界之所以五彩斑斕，色彩分明，是因?yàn)橛泄獾拇嬖?。由此可?jiàn)，光學(xué)與我們每個(gè)人的生活有著密切的聯(lián)系。而在科技日新月異的當(dāng)下，光學(xué)技術(shù)更是被廣泛運(yùn)用到工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，從成像光學(xué)到機(jī)器視覺(jué)，從光學(xué)材料到顯示技術(shù)，從光學(xué)照明到人造太陽(yáng)，從激光制造到激光武器，從光纖通信到量子通信，都是利用光學(xué)技術(shù)和光學(xué)基本原理得以實(shí)現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)。我們光學(xué)測(cè)試組經(jīng)過(guò)多年的刻苦鉆研和經(jīng)驗(yàn)的累積，已經(jīng)在光電測(cè)量領(lǐng)域光具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力，并且已經(jīng)運(yùn)用于實(shí)際的產(chǎn)品中。在此，我簡(jiǎn)單地介紹一下我們團(tuán)隊(duì)在光電測(cè)量方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，讓大家領(lǐng)略光學(xué)的魅力，領(lǐng)會(huì)公司的愿景“成為全球領(lǐng)先的激光器及智能裝備解決方案供應(yīng)商”。

自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)

目前光電技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于光束的空間傳輸提出了很高的要求，單模光纖傳輸因其強(qiáng)抗干擾性，高安全性和空間模式不變的特性，正得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的空間光束耦合到單模光纖的方法由于受機(jī)械運(yùn)動(dòng)，光源安裝工藝以及不可克服的環(huán)境振動(dòng)和熱噪聲的影響，每次耦合都需要人工進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，而人工調(diào)節(jié)精度低，調(diào)節(jié)效率較低。針對(duì)當(dāng)前存在的技術(shù)問(wèn)題，我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種空間光快速，自動(dòng)和高效耦合到單模光纖的自動(dòng)化設(shè)備，測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。此設(shè)備通過(guò)模擬人工調(diào)節(jié)的步驟和方法，利用視覺(jué)精確定位技術(shù)和精密運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光光源自動(dòng)耦合至單模光纖。該技術(shù)特別適合對(duì)激光光源的單色性和相干性等特性的檢測(cè)與分析，圖2所示的是MZI干涉儀對(duì)850nm激光光源測(cè)量的結(jié)果，該技術(shù)在VCSEL檢測(cè)領(lǐng)域具有比較廣泛的應(yīng)用前景。

圖1：空間光-單模光纖自動(dòng)耦合系統(tǒng)

圖2： 850nm激光光源MZI干涉信號(hào)

光斑分析和測(cè)量技術(shù)

光斑測(cè)量與激光技術(shù)是緊密相關(guān)的，在激光器行業(yè)有著非常廣泛的運(yùn)用，激光光斑測(cè)量是評(píng)價(jià)激光光束質(zhì)量的主要手段，是指導(dǎo)激光設(shè)計(jì)，制造和裝配的重要依據(jù)。評(píng)價(jià)激光光束質(zhì)量的指標(biāo)主要涉及這些方面：第一，光束的發(fā)散角和傾斜度。發(fā)散角是用來(lái)衡量光束從束腰向外發(fā)散的速度，可以用來(lái)表征激光的準(zhǔn)直性能。光束傾斜度是表征光束偏離出光面垂軸方向的程度，圖3所示為表征激光光束的常見(jiàn)參數(shù)。第二，光斑尺寸。測(cè)量光斑不同徑向的直徑大小，表征光斑的尺寸，可以用于評(píng)估激光作用范圍，特別在激光加工領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。圖4所示為激光光斑在空間傳播的光斑大小演變圖，可以計(jì)算激光光束的數(shù)值孔徑和最小光斑尺寸。第三，橢圓度。用于表征激光光束的圓形程度，是激光光束的一個(gè)重要參數(shù)。眾所周知，半導(dǎo)體激光器分為垂直腔面發(fā)射激光器和邊發(fā)射激光器，由于發(fā)光原理不同，光斑的長(zhǎng)短軸的長(zhǎng)度存在明顯差異，測(cè)量激光光斑的橢圓度，有助于判定激光光束質(zhì)量是否符合使用要求。第四，激光功率。激光能量反應(yīng)激光的發(fā)光強(qiáng)度，在激光加工領(lǐng)域是表征激光加工能力大小的關(guān)鍵指標(biāo)，光斑測(cè)量技術(shù)可以對(duì)光斑的能量分布進(jìn)行測(cè)量和表征。

圖3 ：光斑的特征參數(shù)示意圖

圖4：激光光束空間傳輸?shù)墓獍邷y(cè)量結(jié)果

光學(xué)相干檢測(cè)技術(shù)

由于激光的相干技術(shù)測(cè)量的尺度通常與激光波長(zhǎng)相當(dāng)，當(dāng)前被廣泛運(yùn)用于精密測(cè)量技術(shù)，其中自混合干涉技術(shù)（SMI）技術(shù)正在被廣泛運(yùn)用于傳感器領(lǐng)域。激光自混合干涉效應(yīng)指的是在激光測(cè)量中，激光器發(fā)出的光被外部物體反射或散射，部分光反饋會(huì)與激光器腔內(nèi)光相混合，引起激光器的輸出功率、頻率發(fā)生變化，引起輸出的功率信號(hào)與傳統(tǒng)的雙光束干涉信號(hào)類(lèi)似，所以被稱(chēng)為SMI，原理如圖5所示。由于反射物的不同位置和相對(duì)移動(dòng)速度會(huì)引起不同的SMI干涉頻率，利用這種物理現(xiàn)象，如果事先做好標(biāo)定和校準(zhǔn)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微小振動(dòng)和位移的精確測(cè)量，圖6和圖7分別是三角波和直流驅(qū)動(dòng)下的SMI信號(hào)。如圖8所示，當(dāng)反射物的運(yùn)動(dòng)速度在0至150mm/s的范圍內(nèi)，可以明顯看出干涉頻率與速度呈線(xiàn)性關(guān)系，利用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量。

圖5：自混合干涉技術(shù)的原理

圖6：三角波調(diào)制下的SMI信號(hào)

圖7：直流驅(qū)動(dòng)下的SMI信號(hào)

圖8： SMI信號(hào)測(cè)速

光學(xué)仿真與設(shè)計(jì)

光學(xué)仿真和設(shè)計(jì)是光學(xué)行業(yè)非常重要的技術(shù)，通常在光學(xué)系統(tǒng)制造和驗(yàn)證的前期需要十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓鈱W(xué)仿真，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的理想效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并指導(dǎo)加工和光學(xué)器件的選型。光學(xué)仿真通常與結(jié)構(gòu)尺寸，成像效果和配光效果等緊密相關(guān)。光學(xué)仿真技術(shù)被廣泛運(yùn)用于成像光學(xué)設(shè)計(jì)，光源照明設(shè)計(jì)，光纖耦合傳輸和激光技術(shù)等領(lǐng)域。光學(xué)測(cè)試組經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，目前已在可見(jiàn)-紅外均勻光源設(shè)計(jì)，光路系統(tǒng)模擬驗(yàn)證，光纖耦合和雜散光分析方面有著比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。如圖9所示，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)532nm和940nm波長(zhǎng)定制的均勻光源，其均勻度高達(dá)90%以上，目前已大量運(yùn)用于我們開(kāi)發(fā)的檢測(cè)設(shè)備中。目前場(chǎng)鏡被廣泛運(yùn)用于激光打標(biāo)，激光微加工領(lǐng)域，針對(duì)不同的運(yùn)用場(chǎng)景和要求，比如不同的激光波長(zhǎng)，不同的加工幅面，加工的精度等要求，對(duì)場(chǎng)鏡的參數(shù)規(guī)格也提出了更加嚴(yán)苛的要求，我們團(tuán)隊(duì)在這方面也形成了較強(qiáng)的技術(shù)積累，如圖10所示為我們針對(duì)特定加工需求設(shè)計(jì)出的一款場(chǎng)鏡。

圖9：可見(jiàn)-近紅外均勻光源

圖10：場(chǎng)鏡模擬與設(shè)計(jì)

透射率與反射率檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)前針對(duì)不同的檢測(cè)對(duì)象，已經(jīng)發(fā)展出了多種的透射率和反射率的檢測(cè)方法。但是這些測(cè)試方法大多數(shù)都是基于光譜分析的測(cè)量技術(shù)。測(cè)量透射率的常見(jiàn)方法包括：?jiǎn)紊珒x型分光光度計(jì)測(cè)試方法，干涉型光譜分析系統(tǒng)測(cè)量方法，偏光檢測(cè)分析方法等。反射率測(cè)量的常見(jiàn)方法包括：?jiǎn)未畏瓷涔庾V分析測(cè)試方法，多次反射光譜分析測(cè)試方法和激光諧振腔測(cè)試方法等。

光譜測(cè)量方法中有很多因素會(huì)影響透射率和反射率精度，這些因素主要包括：第一，被測(cè)樣品的口徑大小。當(dāng)樣品小于光斑尺寸時(shí)，需要采用光闌來(lái)限制光束的大小。第二，被測(cè)樣品楔形角的影響。為減小該因素的影響，可以使光束盡量準(zhǔn)直，并且盡量采用大口徑的積分球探測(cè)器。第三，光線(xiàn)偏振效應(yīng)。盡量讓樣品垂直放置，并且加上偏振測(cè)試裝置。第四，光譜儀的光譜分辨率。選擇合適的分辨率，濾光片要求較高的分辨率。第五，空氣中某些充分吸收帶的影響。比如空氣中的二氧化碳吸收，解決措施是樣品室里面充氮?dú)?。第六，被測(cè)樣品后表面的影響。測(cè)試透過(guò)率時(shí)不可避免引入后表面的影響，需要通過(guò)計(jì)算消除這種影響。針對(duì)以上影響透過(guò)率測(cè)試的因素，我們開(kāi)發(fā)出如圖11和12所示的精度高，穩(wěn)定性好的透過(guò)率測(cè)和反射率檢測(cè)設(shè)備。

圖11：光譜儀透射率測(cè)試系統(tǒng)

圖12：光譜儀反射率測(cè)試系統(tǒng)

當(dāng)今光學(xué)檢測(cè)技術(shù)正被廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品的更新，特別是消費(fèi)品電子產(chǎn)品需求的不斷擴(kuò)大，光學(xué)精密檢測(cè)技術(shù)將會(huì)運(yùn)用得越來(lái)越廣泛，同時(shí)也會(huì)對(duì)測(cè)量能力提出越來(lái)越多的要求，比如測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)，測(cè)量的重復(fù)性和穩(wěn)定性更好，測(cè)量速度更快，設(shè)備的故障率更低等。這對(duì)于我們研發(fā)部門(mén)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)，我們將時(shí)刻以市場(chǎng)需求為向?qū)В_(kāi)發(fā)出測(cè)量精度更高，穩(wěn)定性更好，速度更快的設(shè)備，提高公司產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，為公司在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)公司的愿景。
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