如何测量短波红外非高斯光束轮廓？

如何测量短波红外非高斯光束轮廓？

原创 BCIR 1(/M) Thorlabs 索雷博

2026 年 1 月 21  日 12:04 上海

BCIR1(/M)短波红外(SWIR)光束轮廓仪是一款基于胶体量子点薄膜的新型相机，用于测量

1050 到 1700 nm 波长范围内的连续或脉冲光束轮廓，并提供 1280 x 1024 像素高分辨率以及可选分析区域功能。

作为 Thorlabs光束轮廓仪产品线的重要补充，BCIR1(/M)拓展了相机式轮廓仪的测量波长范 围，由此覆盖了 1064 、1310 和 1550 nm 等重要波长。下面展示了三个系列的相机式轮廓仪 (Ø表示可测量的光束直径)，其中CMOS 相机的工作波长范围是 245 - 400 nm 或 350 - 1100 nm，分别对应型号后缀 UV 和 VIS。

（左一）SWIR 轮廓仪Ø120µm~15mm

（中间）标准 CMOS 轮廓仪Ø20µm~Ø7mm （右一）小型 CMOS 轮廓仪Ø20µm~Ø10mm

相比用于测量近高斯光束的扫描狭缝式轮廓仪(波长范围从200 到2700 nm) ，相机式轮廓仪不仅能采集更精细的真实二维轮廓，适合测量复杂的模式图案，比如平顶和空心光束，甚至能同时测量多束激光，还能通过多种触发模式捕捉单脉冲，比如使用TTL 输入实现重频最高1 kHz 的单脉冲探测。

波长和功率测量范围

左下图展示了 BCIR 1(/M)光束轮廓仪的相对波长响应曲线，其中从 1050 到 1700 nm 的蓝色阴影区域表示指定的工作波长范围。

波长范围

功率范围

BCIR1(/M)在 1064 nm 和 1550 nm 处具有局部最大响应度。这两个波长在不同光束直径的工作功率范围如右上图所示，其中已包含中性密度(ND)滤光片的衰减效应。比如，对于直径 1 mm 、波长 1550 nm 的光束，功率测量范围是 1 μW 到 1 W 。对于其它波长，功率测量范围可能朝更大的数值偏移，因此需要根据响应曲线进行调节。

BCIR1(/M)轮廓仪集成了一个手动转轮，里面安装了六个 ND 滤光片，衰减度从 10 dB 到60dB，便于快速调节输入功率，使其保持在相机的动态范围内；相机应在低于饱和功率的状态下工作。

1.  怎样选择最合适的滤光片？

对于功率水平未知的光源，强烈建议使用相机的自动曝光功能。为了防止损坏相机，始终应从 60 dB 最高衰减滤光片开始使用。

如果软件提示功率太高、相机饱和，输入功率超过了最高测量水平。这时需要额外使用外部衰减器，比如ATT3x衰减器。它们通过两个棱镜的菲涅尔反射实现衰减，并保持光束的偏振、尺寸和形状。如果没有提示功率过高，使用当前设置即可获得可靠的结果。

如果使用高衰减滤光片测量低功率光源，软件将提示功率过低。这时可使用衰减zui低的 10dB

滤光片。如果功率仍然太低，可以从转轮中移除滤光片。

2.怎样测量功率？

集成的功率计可由用户自行校准，因此 BCIR1(/M)轮廓仪可同时优化功率和光束形状。为了使软件提供测量功率，需输入 ND 滤光片的衰减度。

3.  怎样消除环境光影响？

为了可靠地测量光束轮廓，环境光不能进入相机。虽然集成的 ND 滤光片能衰减红外光，但它们在可见光范围内提供高透过率。而且，BCIR1(/M)相机在短波红外和可见光波段都具有高响应度。因此，即使选用衰减最高的 ND 滤光片，周围微弱的可见光仍可能出现在相机图像中。如果环境光无法避免，可启用环境光校正功能。

光束质量因子(M²)测量

BCIR1(/M)相机可通过 BCI RM2A 转接件安装在 M2 MS 扩展装置中(如下图所示) ，然后测量聚焦光束的束腰尺寸以及束腰前后的发散角，以此确定 M² 因子。最小束腰直径随透镜焦距增大而增大。对于选定的焦距，束腰越小表明光束质量越接近最佳。

基于 BCIR 1(/M)的 M²测量系统需满足以下条件：

l 初始光束直径不能大于 15 mm

l 聚焦束腰直径不能小于 120 µm

l 位移台有效行程(200mm)至少为瑞利长度四倍

在使用默认焦距为 250 mm 的透镜时，对于 M² = 1 和 M² = 2 两个光束质量因子，下图展示了不同波长要求的初始光束直径范围。

由于相机曝光时间规格，为了保持最佳传感器饱和度，在测量 M² 时可能无法利用完整的有效行程，为此可考虑以下方案：

l 调节激光器的输出功率(如果可行) ，使得在特定 ND 滤光片设置下，束腰位置处的曝光时间达到或接近最小值。

l 限制 M² 的测量行程，确保传感器饱和度在测量过程中保持在最佳范围内，但仍然是以最大行程测量 M² 因子。

l 如果传感器饱和度超出最佳范围，可使用滤光片转轮调节衰减。增加 Timeout 设置值可简化过程。

发散角测量没有以上限制，但在选定的行程内，光束宽度应保持在规定的测量范围内。