美国DataRay公司激光光斑分析仪选型

美国DataRay公司是一家著名的生产光斑质量分析仪、相机式光束分析仪的厂商，属于业界中的一流品牌，本文主要介绍WinCamD，BladeCam和TaperCam等三个系列的相机式光束分析仪的选型建议，主要是在参数上如有效传感区，像素单元尺寸，像素类型，可探测激光类型以及波长等等各种方面综合分析对比，以求能在了解自己需求的情况下，能够快速地找到一款合适的激光断面分析仪。此外我们也介绍了他们共同的应用和个别产品系列特殊的应用。

 

美国DataRay公司创立使命是推动激光光束的分析技术进步，DataRay拥有极佳的软件使用体验，DataRay软件更新速度快，并且提供为客户定制软件功能，兼容Windows95，7，10以及XP系统。DataRay的光斑分析系列产品分COMS光束分析相机和CCD光束分析相机，通过软件可以控制CCD/CMOS电子快门, 进行微米精度的线性扫描。同时软件对于所有的光斑分析仪都是通用的，所以在功能上的差别基本没有，功能上可以参见下方的DataRay公司CMOS光斑轮廓分析仪，CCD相机式光束分析仪产品常规应用的列表，但他们在硬件上对于不同的型号有着较大的差别，例如：最小能达到到3.2um像素单元尺寸，最大可以达到25*25mm的有效传感区域和190nm-16um波长范围内可以找到适合的光斑截面分析仪。所以本文的目标就是总结相同的功能和参数，以及不同的参数和目标应用，方便您在如此全而多的产品系列中选出一款适合您的光斑界面分析仪。

 

以下是我们这次产品选型时所涉及到的产品系列

-DataRay红外光斑分析仪WinCamDFIR216HR

-用于多光束光斑的BladeCam相机式光束分析仪

-TaperCam大孔径激光分析仪

-WinCamDLCM激光断面分析仪，WinCamDUCD光束轮廓仪

 

我们再给Dataray光斑分析仪分类的时候，按照波长分为常用波长型号（波长范围350-1150nm），紫外波段的光斑截面分析仪-UV（波长范围190-1150nm），近红外光斑版本的光斑轮廓分析仪（1460-1860nm），以及深红外波段（2um-16um）的WinCamDFIR216HR和WinCamD-IR-BB。

按照光斑有效传感区域大小的话有一般的大小为5mm-11.3mm的普通型的相机式光束分析仪，大面积的相机式光束分析仪有TaperCamD20-15-UCD23传感面积15*20mm和TaperCamD-LCM传感面积为25*25mm。

最后一种是像素单元最小的光斑分析仪，仅3.2um大小，有效传感面积为6.6*5.3mm的高分辨率小光斑分析仪，并且可以多光束同时分析，还可通过这台仪器分析光栅的性能。其型号主要有BladeCam BC-XHR/HR。另外提供不同波长的子型号。

 

DataRay公司CMOS光斑轮廓分析仪，CCD相机式光束分析仪产品常规应用：

-连续，脉冲激光轮廓分析具体功能如下：

光斑直径:	多种算法协助用户精确地获得激光光束直径
适用的光束类型：	高斯，平顶光斑轮廓和等效狭缝轮廓
椭圆程度：	主轴，短轴和平均直径  轴的自动定位
质心位置：	相对和绝对 强度加权质心和几何中心   光束漂移显示和统计
平滑滤波片	Triangular running filter up to 10% FWHM

-激光M2值测量

-激光发散角测量

-激光漂移测量以及监控

-光学系统集成和设备准直

-激光和激光系统的现场服务(Field servicing of lasers and laserbased systems)

 

DataRay公司CMOS光斑轮廓分析仪，CCD相机式光束分析仪共同的特点

-端口供电，灵活的3米电缆，无需外部电源

-355至1150 nm，CMOS探测器，190 -1610 nm选项

-4 MB图像缓冲区和板载微处理器

-25,000：1电子自动快门，40 ms至1000 ms

-1000:1， SNR（30/60 dB光学/电气）

-无窗口传感器标准，无边缘；全局快门，光学/ TTL触发器

-脉冲激光自动触发和同步

-具有片内12/14/16位ADC的数字CCD / CMOS相机（取决于相机）

-兼容Windows 8, 7, Vista and XP, 32 and 64 bit. PC or MacIntel using Parallels or BootCamp

-XRay, UV, 1310 nm (p.8), 14751680 nm (p.10) & 216 μm

-可现场更换的图像传感器

-HyperCal™ - 动态噪声和基线校正软件； 

 

WinCamDLCM激光断面分析仪，WinCamDUCD光束轮廓仪特点：

-NEW WinCamDLCM 1” CMOS array with 5.5 μm2, 1, 2, & 4 MPixel Formats available

-同步快门= No Comet Tailing

-刷新率到达50Hz，使用USB 3.0(LCM series is USB 3.0 all others USB 2.0)

-新型可堆叠MagND滤波器(LCM series only)

-WinCamDLCM Compact 1.8 x 1.8 “ x 0.8” (20 mm)适用于小光束

 

用于连续激光的BladeCam相机式光束分析仪特点：

-3.2 / 1.3 MPixel，2048 x 1536或1280 x 1024像素，½“有效区域

-3.2 /5.2μm像素 M²选项 - 光束传播分析，发散，聚焦

-HyperCal™ - 动态噪声和基线校正软件，符合ISO 11146标准，RoHS，WEE和CE认证

-C-Mounted过滤器ND 1,2和4 带摄像头，0.5,1,2,3,4,5可选

-10位ADC

 

DataRay红外光斑分析仪WinCamDFIR216HR特点：

-17μm像素间距，640 x 480像素，10.9 mm x 8.2 mm

-2至16μm波长范围的微测辐射热计

-12位ADC，4 MB图像缓冲器和板载微处理器

-16 ms时间常数

-没有斩波器测量脉冲或CW波束

 

DataRay公司TaperCam系列大面积相机光束分析仪，大孔径激光分析仪特点：

-355至1150 nm，标准CMOS检测器

-4.2Mpixel，2048 x 2048像素，25 x 25 mm有效区域

-12.5μm像素（有效）

-12位ADC，板载微处理器，25,000：1电子自动快门，79μs至2 s ；2,500：1 SNR

-隔离脉冲触发和并行捕获

-大面积TaperCamD选项为20 x 15 mm最大25*25mm

 

WinCamD系列光斑分析仪产品主要规格型号

WinCamD	LCM4	LCM2	LCM1	UCD12	UCD15	UCD23
像素数量	4M	2M	1M	1.4M	1.9M	1.4M
H x V:	2048 x 2048	1600 x 1200	1024 x 1024	1360 x1024	1600 x 1200	1360 x1024
Sensor image area (mm):	11.3 x 11.3	8.8 x 6.6	11.3 x 11.3	6.3 x 4.8	7.1 x 5.4	8.8 x 6.6
像素尺寸 (µm):	5.5 x 5.5	5.5 x 5.6	11 x 11	4.65 x 4.65	4.4 x 4.4	6.45 x 6.45
Min. beam (10 pixels)	55um	55um	110um	~47um	~44um	~65um
CW/Pulsed	CW/Pulsed/Auto Trigger
Max.'every pulse'PRR	10 Hz	>30 Hz	>30 Hz	~510 Hz	~510 Hz	~510 Hz
单脉冲捕获PRR	18 Hz	18 Hz	18 Hz	20 kHz	20 kHz	20 kHz

 

用于多光束激光的BladeCam相机式光束分析仪主要规格型号

BladeCamTM	BC-XHR/HR-UV	BC-XHR/HR	BC-XHR/HR -1310	BC-HR-TEL
Pixel Count &	3.2/ 1.3 M Pixel	3.2/ 1.3 M Pixel	3.2/ 1.3 M Pixel	3.2/ 1.3 M Pixel
H x V:	2048 x 1536 /1280 x1024	2048 x 1536 /1280 x1024	2048 x 1536 /1280 x1024	264 x 212*
有效传感区 (mm):	6.5 x 4.9 / 6.6 x 5.3	6.5 x 4.9 / 6.6 x 5.3	6.5 x 4.9 / 6.6 x 5.3	6.6 x 5.3
像素尺寸(μm):	3.22 / x 5.22	3.22 / x 5.22	3.22 / x 5.22	~25 x 25*
最小光斑	32 / 52 μm	32 / 52 μm	32 / 52 μm	250 μm
光谱范围	190-1100 nm	355-1100 nm	355-1350 nm	1480-1610 nm
Shutter type:	Rolling	Rolling	Rolling	Rolling
Max Frame rate:	> 10 Hz	> 10 Hz	> 10 Hz	> 10 Hz
每个脉冲最大PRR:	NA	NA	NA	NA
单脉冲捕获PRR:	NA	NA	NA	NA
RMS Noise:	1,000:1 (30/60 dB)	1,000:1 (30/60* dB)	1,000:1 (30/60* dB)	1,000:1 (30/60* dB)
电子快门	162 μs to 1s	162 μs to 1s	162 μs to 1s	162 μs to 1s
动态范围	38 dB	38 dB	38 dB	38 dB
ADC:	10 bit	10 bit	10 bit	10 bit
接口	USB 2.0	USB 2.0	USB 2.0	USB 2.0

 

TaperCam系列大光斑轮廓分析仪的参数规格

Camera	TaperCamD20-15-UCD23	TaperCamD-LCM
有效传感区 (mm):	20*15	25 x 25 mm
传感器类型	2/3”CCD	CMOS
分辨率	1360*1024	2048 x 2048 pixels,
像素数量	1.4 M Pixel	4.2 MPixel
像素单元大小 (mm):	15*15	12.5 μm (effective
波长范围	355 - 1150 nm	355 to 1150 nm
接口	USB 2.0 Port-powered	USB 3.0
CW or Pulsed:	CW, Pulsed, Auto Trigger	CW, Pulsed, TTL trigger
快门类型	Global	Global
单脉冲捕获PRR:	20 kHz	12.6 kHz
Min. beam (10 pixels)(mm):	150	125
Max. frame rate (Hz):	20+	60Hz
Signal to RMS Noise:	1,000:1	2,500:1
电子快门动态范围	44	44 dB
ADC:	14-bit	12-bit
所属相机类型系列	WinCamD-UCD	WinCamD-LCM
Opt./Elec.* dB:	30/60 dB*
Max full frame rate:	5-10
Max."every pulse" PRR:	5-10

 

LCM系列和UCD系列都可用于探测激光是连续的或者脉冲的激光各项参数。LCM的单脉冲最高捕获的激光重复频率PRR是18Hz，而UCD系列单脉冲最高捕获的激光重复频率PRR则高达20KHz。

LCMxx中xx表示产品的像素大小。举例：LCM4则是400万像素大小的CMOS芯片的激光断面分析仪; UCDxx中xx表示产品的CCD芯片的尺寸大小。举例：UCD12则是CCD大小为1/2英寸的光束轮廓分析仪; 特别强调的是：UCD15的CCD大小为1/1.8英寸。-LCM的有效传感区的大小一般都是11.3*11.3的比LCM的大许多但，这两个产品的像素单元大小从4.4um到6.45um不等。值得注意的是LCM1的像素单元大小时11*11的，故而可测光斑的最小的光斑仅有110um。通常定义可检测的最小光斑大小是像素单元的面积*10来定义，也有厂家按*12来定义它的大小，可测最大光斑的大小的光束束腰半径等于有效传感区*55%。这样的定义只具有一般的参考价值。

由于WinCamD光束质量分析仪为了方便各种实验应用开发了多种型号，这里介绍一下大概的型号命名规则：

型号中第一个名字一般是BladeCam， WinCamD 和TaperCamD2015 主要的特点是:BladeCam像素单元为方形边长为3.2um，适合于测量多光束和光纤激光器，光栅性能分析。WinCamD则是一款窗口式的光常规的光斑分析仪。TaperCamD-LCM则是一款拥有25*25mm大小的传感器是CMOS的光束分析仪。-LCMxx中LCM说明是CMOS类型的传感器，-UCDxx主要是表示产品是CCD类型传感器的光束分析仪；其中xx如LCM4中的4则是说明它是一款400万像素大小的CMOS芯片光斑分析仪; UCD系列的产品尾缀xx则是描述CCD芯片实际的尺寸大小；举例：UCD23表明CCD大小为2/3英寸的光斑截面分析仪。

Part Number =	Camera type	+ CCD/CMOS chip
	BladeCam	HR/XHR
	WinCamD	LCM4/LCM2/LCM1
		UCD12/UCD15/ UCD23/UHR/XHR
	TaperCamD2015	UCD23

 

后面也有说明其适用的波长范围大小的标注，具体如下：

标准: ~350 to 1150 nm

_1310：~350 to 1330 nm. 提供1290纳米长通滤波器和光保护窗

_NIR：~1480 to 1680 nm. 近红外到可见转换荧光粉（铒响应）（-TEL所对应波长相同）

_FIR-HR： ~2 to 16 um

_UV：190-1150nm