[激光原理与应用-169]：测量仪器 - 皮秒激光器研发过程中所需要的测量仪器

在皮秒激光器研发过程中，为确保激光器的性能参数（如脉宽、光束质量、功率稳定性等）达到设计要求，需使用多种高精度测量仪器。以下是关键仪器及其作用：

1. 皮秒强度自相关仪（核心脉宽测量设备）

• 作用：直接测量皮秒级超短脉冲激光的脉宽（0.2-160ps范围），是评估激光器时间特性的核心仪器。
• 原理：通过非共线逐点扫描强度自相关信号，间接计算脉宽。例如，Scorpio-ps系列自相关仪采用精密步进电机驱动光学延迟线，覆盖主流皮秒激光器的波长（900-1200nm）和重频（1kHz以上），并支持数据保存与二次调用。
• 应用场景：激光器研发阶段、生产控制环节及工业加工中的脉宽校准。

2. 光束质量分析仪（光束特性评估）

• 作用：测量激光束的光斑尺寸、发散角、M²因子（光束质量因子）等参数，确保光束传输和聚焦特性符合设计要求。
• 功能：
  • 光斑尺寸测量：精确捕捉激光束在不同位置的光斑直径，包括束腰位置。
  • M²因子测量：直接评估激光束的传输和聚焦能力，M²值越小，光束质量越接近理想高斯光束。
  • 自动化与智能化：支持一键测量、数据自动处理及实时显示，提升测试效率。
• 应用场景：激光器出厂检验、光学系统优化及加工工艺调试。

3. 光功率计（功率稳定性监测）

• 作用：测量激光器的输出功率，评估功率稳定性（如平均功率、峰值功率波动）。
• 特点：
  • 高精度与宽量程：支持微瓦至瓦级功率测量，满足不同功率激光器的测试需求。
  • 实时监测与显示：通过数字界面实时显示功率变化，并支持电池电量监测和告警功能。
  • 用户自定义功能：支持自校准、电源自动关机设置及背光显示调整。
• 应用场景：激光器长期运行稳定性测试、功率调节模块校准。

4. 高速示波器+高速光电探测器（辅助脉宽测量）

• 作用：作为自相关仪的补充，直接观察激光脉冲信号的时间域参数（适用于100ps以上脉宽测量）。
• 原理：光电探测器将光信号转换为电信号，示波器显示脉冲波形，通过时间轴刻度计算脉宽。
• 局限性：受设备分辨率限制，无法直接测量飞秒级脉冲，且成本较高，通常用于粗测或验证自相关仪结果。

5. 高速条纹相机（超短脉冲极限测量）

• 作用：测量100ps以下激光脉冲宽度，甚至飞秒级脉冲（需结合自相关法）。
• 原理：利用条纹管将时间信息转换为空间信息，通过图像处理还原脉冲波形。
• 局限性：设备成本极高，操作复杂，通常仅用于科研级超短脉冲测量。

6. 光谱分析仪（波长与光谱特性分析）

• 作用：测量激光器的输出波长、光谱宽度及模式分布，确保波长稳定性符合应用需求（如医疗、通信领域对特定波长的要求）。
• 应用场景：波长可调谐激光器研发、多波长激光系统校准。

7. 干涉仪（光学元件面形检测）

• 作用：测量激光器内部光学元件（如反射镜、透镜）的面形精度（PV值、RMS值），确保元件表面平整度满足设计要求。
• 应用场景：高精度光学系统装配前质检。

8. 激光能量计（单脉冲能量测量）

• 作用：测量激光器的单脉冲能量，评估能量稳定性（适用于脉冲激光器）。
• 应用场景：高能量皮秒激光器研发（如工业加工、医疗美容领域）。

仪器选型建议

• 脉宽测量：优先选择自相关仪（如Scorpio-ps系列），兼顾精度与成本；若需测量飞秒级脉冲，可补充条纹相机。
• 光束质量评估：选择具备M²因子测量功能的光束质量分析仪（如GCI-110101型号）。
• 功率与能量监测：根据激光器功率范围选择光功率计或激光能量计，确保量程匹配。
• 波长与光谱分析：若激光器需输出特定波长或窄线宽，需配置光谱分析仪。

总结

皮秒激光器研发需综合运用脉宽测量、光束质量分析、功率监测、波长分析等仪器，形成从时间特性到空间特性的全维度评估体系。自相关仪与光束质量分析仪是核心设备，其余仪器根据具体研发目标（如医疗、工业加工）按需配置，以确保激光器性能达到设计指标。