DataRay相机式光束轮廓仪能测量多大多小的光斑尺寸

光束轮廓分析仪可以借助CCD或CMOS等传感器的成像原理，使用光束宽度算法；为了简化计算讨论，可以使用待测激光束照射传感器的光束会照亮一定数量的像素，也就对应光斑尺寸限制。其中被照亮像素的ADC值与强度和功率成正比，因此可以将强度与像素位置作图以获得光束的轮廓，通过图像的剪裁百分比法来确定光束轮廓宽度。首先，确定光束轮廓的*大强度(α)和光束宽度（光斑尺寸）的截止值(y)（13.5%）。通过算法搜索以找到光束强度等于α的位置并返回像素坐标。对于几乎所有的光束，都有两个这样的像素坐标，通过确定它们之间的距离，可以找到光束宽度。
被分析的光束宽度误差与被照亮的像素数量成正比，使用无限数量的照明像素（需要无限小的像素），可以表示光束的真实轮廓。然而，光束轮廓分析仪中CCD和CMOS传感器具有有限的像素尺寸，这会导致返回的光束轮廓离散化。离散化会导致光束宽度测量出现误差；因此，光束必须照亮*少数量的像素才能进行精确的光束宽度测量。

DataRay相机生成***高斯光束的轮廓以表示入射在传感器上的光束的轮廓（参见图 1）。可以使用高斯公式解析确定光束度。

可以知道，随着照明像素数量的增加，量化光束模型提供了更好的高斯近似，并且量化光束宽度测量的平均误差减小。然而，如果光束稍微移动，就会看到不对称的量化拟合（见图1b）。为了更好地估计真实误差*后，通过不同对齐的误差进行平均，可以将百分比误差拟合到衰减指数曲线（见图2a）。图2(a)百分比误差作为照明像素的函数。理论误差的平均误差（实线）显示为衰减指数曲线。(b)显示了x轴误差（菱形）和y轴误差（圆圈）。为了提供与理论数据的比较，通过数据拟合衰减指数曲线。

DataRay使用多个相机和传感器测量聚焦的675nm 高斯光束的束腰，通过实验来找出百分比误差与照明像素的关系。DataRay Beam’R2是扫描狭缝设备之一，分辨率为 0.1m，***比CCD或CMOS相机分辨率小32倍，Beam’R2用于确定正确的光束宽度。然后使用其他三个DataRay相机、光束轮廓仪测量光束宽度：BladeCam-XHR、TaperCamD20-15-UCD23，*后是DataRay光束分析轮廓仪WinCamD-LCM4。使用这三个同时具有完整模式和快速模式的DataRay相机光斑分析仪有效地使像素大小翻倍），能够实现六种不同的像素大小。由于DataRay在验证实验中使用两个透镜产生了两种不同的光束宽度，因此总共进行了十二次不同的测量。此外，每次测量都包括一个x和y轴，总共有24个数据点。测量的光束宽度除以像素大小，得到被照亮的像素数。通过与DataRay光束分析仪Beam’R2控制宽度比较计算光束宽度的百分比误差。*后，通过数据拟合的衰减指数曲线绘制了百分比误差与照明像素的关系。实验结果遵循理论结果，在实验和理论数据中都看到了类似的衰减指数曲线。