光束輪廓的強(qiáng)度分布是激光分析中的一個(gè)重要參數(shù)，它將決定激光束在其應(yīng)用過程中的性能表現(xiàn)如何，在特定的設(shè)置之下，也將會(huì)決定整個(gè)激光系統(tǒng)的性能。激光在真空中傳播時(shí)，會(huì)沿著其傳播路徑產(chǎn)生不同的寬度和強(qiáng)度分布，這種現(xiàn)象是根據(jù)激光諧振腔，發(fā)散的程度，與光學(xué)元件的相互作用以及電子激光器的特性而不斷變化的。盡管現(xiàn)有的理論已經(jīng)能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)到激光傳播的真實(shí)情況，但是對(duì)于專業(yè)的研究人員和激光廠商來說，準(zhǔn)確的測(cè)量光束輪廓的強(qiáng)度是非常重要的。 

激光光束寬度的定義

通常情況下，激光光束寬度定義為：光束強(qiáng)度為其峰值的1/e2（13.5％）時(shí)所對(duì)應(yīng)的寬度尺寸。該值是通過測(cè)定高斯光而得出的，并準(zhǔn)確地描述了在TEM00模型下激光器的光束分布。大部分激光器發(fā)出的基本上都是高斯光，因此這種簡(jiǎn)單定義方法在行業(yè)中普遍接受。

在IS011146標(biāo)準(zhǔn)中，為光束寬度下了一個(gè)更為準(zhǔn)確的定義，該標(biāo)準(zhǔn)定義以功率密度分布的中心二階矩為基礎(chǔ)，光束橫截面上功率密度分布的范圍就是光束寬度。二階矩的點(diǎn)是從原始強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算得出的值，它對(duì)噪聲非常的敏感。還有一種測(cè)量光束寬度的方法，可以對(duì)光束積分計(jì)算出，不會(huì)因?yàn)樵肼晢栴}而影響測(cè)量結(jié)果，這種方法被稱之為刀口法。 

采用激光輪廓分析儀測(cè)試激光橫模內(nèi)的能量分布情況。軟件界面上可顯示能量的一維、二維和三維能量分布情況，以及光斑直徑、發(fā)散角和橢圓度等激光橫模輪廓特征。

軟件中光斑直徑可提供四種計(jì)量方法的測(cè)試結(jié)果，其中最廣泛使用的是以峰值的13.5%(1/e2)為邊界的定義方法；而光斑橢圓度的定義則是最小方向的4Sigma光斑直徑與最大方向的4Sigma光斑直徑的比值。

激光發(fā)散角是描述激光發(fā)散度的物理量，激光器的發(fā)散角測(cè)量方法大致可歸結(jié)為測(cè)量近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的光斑直徑，通過計(jì)算兩光斑直徑的差與兩個(gè)位置的距離之間的正切值，可以確定其發(fā)散的角度值，再轉(zhuǎn)換成空間角度值即可。

其測(cè)量如下：

光束寬度測(cè)量技術(shù)

光束輪廓測(cè)量?jī)x器主要有四種類型：相機(jī)型光斑分析儀，刀口型光斑分析儀，狹縫掃描型光束質(zhì)量分析儀和針孔掃描型光斑分析儀，每一種都有其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。不同的測(cè)量方法得出的結(jié)果也略有不同，根據(jù)以往的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，與CMOS技術(shù)相比，使用CCD光束輪廓儀，測(cè)量脈沖激光束的更準(zhǔn)確；使用刀口技術(shù)時(shí)，尤其是與斷層圖像重建程序搭配使用時(shí)，測(cè)量連續(xù)激光束更準(zhǔn)確。

相機(jī)型光斑分析儀

相機(jī)型光斑分析儀使用二維陣列，可以即時(shí)的記錄，并且顯示激光束強(qiáng)度的分布。它會(huì)逐點(diǎn)地記錄激光束的強(qiáng)度分布，并將生成的圖像傳入到電腦上，在軟件上就可以呈現(xiàn)一個(gè)3維的光束輪廓圖像。連續(xù)波和脈沖激光束均可用相機(jī)型光斑分析儀進(jìn)行測(cè)量。但是這類儀器的通病是，它們?cè)跍y(cè)量時(shí)分辨率受到像素大小的限制（5-10um），所以不能夠測(cè)量寬度小于60um的光束。

刀口型光斑分析儀

該儀器通過刀口的機(jī)械型移動(dòng)，掃過光束，從而刀口在光束之間移動(dòng)時(shí)會(huì)遮擋到探測(cè)器接受的激光能量，然后結(jié)合刀口的移動(dòng)速度及探測(cè)器接收到的能量數(shù)據(jù)來計(jì)算光束的輪廓。與其他刀口型測(cè)量系統(tǒng)有所不同，我們的掃描技術(shù)使用了多個(gè)刀口，每個(gè)刀口都有其獨(dú)特的移動(dòng)軌跡，來掃過光束，每個(gè)刀口將產(chǎn)生與其掃描方向相對(duì)應(yīng)的輪廓。使用斷層攝影算法對(duì)掃描后的各輪廓進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以生成類似于CCD相機(jī)產(chǎn)生的圖像分布。

眾所周知，刀口型掃描系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果非常精確，其測(cè)量能力可低至幾微米，max可達(dá)幾毫米，靈敏度范圍在190nm-2700nm之間。

斷層掃描技術(shù)

狹縫掃描型光束質(zhì)量分析儀和刀口型光斑分析儀，都無法對(duì)激光束輪廓實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的3D重建。但是，可以應(yīng)用斷層掃描技術(shù)（這與用MRI和CAT掃描儀制作內(nèi)臟的3D圖像是同一種技術(shù)）來進(jìn)行合理的近似計(jì)算。制作3D圖像的關(guān)鍵，就是要盡可能多得在不同方向上來掃描光束，為了能夠有效的層析成像分析，需要至少?gòu)娜齻€(gè)不同方向進(jìn)行掃描，如果從10個(gè)或10個(gè)以上的不同方向進(jìn)行掃描，那重建出來的3D圖像將會(huì)與真實(shí)情況非常接近。

現(xiàn)如今，利用激光對(duì)材料進(jìn)行加工處理的新應(yīng)用越來越多，特別是光纖激光技術(shù)在輸出功率和光束質(zhì)量方面取得了巨大進(jìn)步。從紙面上的理論研究到千瓦功率光纖激光器的實(shí)物問世，并且已經(jīng)應(yīng)用到了各種加工領(lǐng)域當(dāng)中，例如切割，焊接，燒蝕等。光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)是功率大、機(jī)械穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好。但是，光束質(zhì)量和光束輪廓必須要定期的檢測(cè)。

一般情況下，檢測(cè)這種大功率激光的光束質(zhì)量會(huì)存在很多的困難，特別是在密度超過50KWatt/cm2的焦點(diǎn)處。一方面是，光束的能量太大會(huì)使材料熔化或打壞材料，另一方面，測(cè)量聚焦輪廓是重要的測(cè)量方法。

在高分辨率，高靈敏度的光束采樣領(lǐng)域已經(jīng)取得了前沿的研究進(jìn)展。一些高端的光束采樣器可以在不失真的情況下采樣大約100000個(gè)，同時(shí)保留原光束的偏振性。