精密光学仪器（光学精密检测技术介绍）

世界因为光的存在而多姿多彩。可见，光学与我们每个人的生活息息相关。随着科学技术的飞速发展，光学技术广泛应用于工业的各个领域，从成像光学到机器视觉，从光学材料到显示技术，从光学照明到人造太阳，从激光制造到激光武器，从光纤通信到量子通信，都是利用光学技术和基本光学原理实现的先进技术。经过多年的刻苦学习和经验积累，我们的光学测试组在光电测量领域拥有强大的技术实力，并已应用到实际产品中。这里我简单介绍一下我们团队在光电测量方面的技术优势，让大家领略光学的魅力，了解公司的愿景成为世界激光和智能设备解决方案的领先供应商。

自动对准技术

目前，光电技术已被广泛应用，这对光束的空间传输提出了很高的要求。单模光纤传输因其抗干扰性强、安全性高、空间模式不变而得到广泛应用。由于机械运动、光源安装技术以及不可克服的环境振动和热噪声的影响，现有的空间光束耦合到单模光纤的方法每次都需要手动调整，但手动调整精度低，调整效率低。针对现有的技术难题，我们团队研制了一种快速、自动、高效地将空间光耦合到单模光纤的自动化装置。测试系统如图1所示。该设备通过模拟人工调整的步骤和方法，利用视觉精确定位技术和精确运动控制技术，实现了激光光源与单模光纤的自动耦合。该技术特别适用于激光光源单色性和相干性的检测和分析。图2显示了MZI干涉仪对850nm激光光源的测量结果。该技术在VCSEL检测领域具有广阔的应用前景。

图1:空间光与单模光纤的自动耦合系统

图2:850纳米激光源的MZI干涉信号

现场分析和测量技术

激光光斑的测量与激光技术密切相关，在激光工业中有着广泛的应用。激光光斑测量是评价激光束质量的主要手段，是指导激光器设计、制造和装配的重要依据。评价激光束质量的指标主要涉及这几个方面：一是光束的发散角和倾角。发散角用来衡量光束从束腰发散的速度，可以用来表征激光的准直性能。光束的倾斜度是光束偏离发光表面的垂直轴的程度。图3显示了表征激光束的常用参数。第二，光斑大小。测量不同径向方向上的光斑直径并表征光斑尺寸可用于评估激光范围，尤其是在激光加工领域。图4显示了激光光斑尺寸在空间中的演变。可以计算激光束的数值孔径和最小光斑尺寸。第三，椭圆度。它是表征激光束圆度的一个重要参数。众所周知，半导体激光器分为垂直腔面发射激光器和边发射激光器。由于发光原理不同，激光光斑的长、短轴长度明显不同。测量激光光斑的椭圆度有助于确定激光束的质量是否满足应用要求。第四，激光功率。激光能量响应激光器的发光强度是激光加工领域表征激光加工能力的关键指标，而光斑测量技术可以测量和表征光斑的能量分布。

图3:光斑特征参数示意图

图4:激光束空间传输的光斑测量结果

光学相干检测技术

由于激光相干技术的测量尺度通常等于激光的波长，因此被广泛应用于精密测量技术中，其中自混合干涉测量技术被广泛应用于传感器领域。激光自混合干涉效应是指在激光测量中，激光器发出的光被外界物体反射或散射，部分光反馈会与激光腔内的光发生混合，导致激光器的输出功率和频率发生变化，使输出功率信号类似于传统的双光束干涉信号，因此称为SMI。原理如图5所示。反射器的不同位置和相对移动速度会导致不同的SMI干扰频率。利用这一物理现象，如果事先做好标定和校准，就可以实现微小振动和位移的精确测量。图6和7分别是三角波和DC驱动的SMI信号。如图8所示，当反射镜的移动速度在0 ~ 150mm/s范围内时，可以清楚地看到，干涉频率与速度之间存在线性关系。利用该技术，可以实现位置移动速度的实时在线测量。

图5:自混合干涉技术原理

图6:三角波调制的SMI信号

图7:DC驱动的SMI信号

图8: SMI信号速度测量

光学模拟和设计

光学模拟和设计是光学工业中非常重要的技术。通常，在光学系统制造和验证的早期，需要进行严格的光学模拟，以预测光学系统的理想效果，指导加工和光学器件的选择。光学模拟通常与结构尺寸、成像效果和配光效果密切相关。光学仿真技术广泛应用于成像光学设计、光源照明设计、光纤耦合传输和激光技术中。经过多年的技术积累，光学测试组在可见-红外均匀光源的设计、光学系统的模拟与验证、光纤耦合、杂散光分析等方面拥有丰富的经验。如图9所示，是专门为532nm和940nm波长设计的均匀光源，均匀性超过90%。目前，它已经广泛应用于我们的检测设备中。目前，场镜广泛应用于激光打标和激光微加工中。针对不同的应用场景和需求，如不同的激光波长、不同的加工格式、加工精度等要求，对场镜的参数和规格提出了更为严格的要求。我们团队在这方面也形成了强大的技术积累。如图10所示，显示了我们为特定加工需求设计的场镜。

图9:可见-近红外均匀光源

图10:场镜模拟和设计

透射和反射检测技术

目前，针对不同的检测对象，开发了多种透过率和反射率检测方法。但是这些测试方法中的大多数是基于光谱分析的。测量透过率的常用方法有：单色仪分光光度计、干涉光谱分析系统、偏振检测分析等。反射率测量的常用方法有：单反射光谱分析测试法、多反射光谱分析测试法和激光谐振腔测试法等。

测量方法中有很多因素会影响透过率和反射率的精度，这些因素主要包括：第一，被测样品的孔径。当样品小于光斑尺寸时，需要一个光阑来限制光束尺寸。第二，被测样品楔角的影响。为了减少这个因素的影响，可以尽可能地对光束进行准直，尽可能地使用大口径积分球探测器。第三，光的偏振效应。试着垂直放置样品，并添加极化测试装置。第四，光谱仪的光谱分辨率。选择正确的分辨率，滤波器需要更高的分辨率。第五，空气中一些完全吸收波段的影响。比如吸收空气中的二氧化碳，解决的办法是用氮气充满样品室。第六，被测样品背面的影响。在测试透过率时，不可避免的会引入后表面的影响，需要通过计算来消除。在vie中

如今，光学检测技术广泛应用于工业生产中。随着技术的进步和产品的更新，特别是消费电子产品需求的不断扩大，光学精密检测技术的应用将越来越广泛，同时对测量能力提出越来越多的要求，如测量结果更准确、测量的重复性和稳定性更好、测量速度更快、设备故障率更低。这对我们的研发提出了更高的要求和挑战。d部门。我们将始终以市场需求为导向，开发测量精度更高、稳定性更好、速度更快的设备，提高产品的竞争力，为公司在市场竞争中赢得先机，最终实现我们的愿景。编辑：tzh