在早期，CID 和 CCD 相機(jī)技術(shù)開(kāi)始被用作二維實(shí)時(shí)捕獲激光束強(qiáng)度分布的實(shí)用方法。許多相機(jī)采用外部觸發(fā)和可變曝光功能，因此能夠?qū)B續(xù)和脈沖激光束輪廓進(jìn)行成像。當(dāng)然，眼見(jiàn)并不足以滿足所有需求，因此測(cè)量變得同樣重要。相機(jī)技術(shù)催生了涵蓋上述許多(如果不是大多數(shù))測(cè)量主題的新算法。使用類似技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)制造商采用各種算法來(lái)進(jìn)行上述一項(xiàng)或多項(xiàng)測(cè)量。雖然通常要求進(jìn)行某些波束寬度測(cè)量，但所采用的算法通常對(duì)每個(gè)研究者和制造商都是唯一的。

　　相機(jī)限制

　　所有相機(jī)帶來(lái)的兩個(gè)問(wèn)題是信噪比有限，以及難以建立穩(wěn)定的零點(diǎn)或基線來(lái)測(cè)量光束強(qiáng)度分布。這些限制根據(jù)用于進(jìn)行波束寬度測(cè)量的方法帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。一些最流行的波束寬度測(cè)量方法過(guò)去是，現(xiàn)在仍然是：

　　1、峰值的13.5%(實(shí)際以不同的方式執(zhí)行)

　　2、總功率/能量波束寬度的 86.5%

　　3、1/e2，也稱為第二矩或D4σ(Dee-Four-Sigma)

　　4、全寬半最大值，也稱為峰值的 50%(也以不同的方式執(zhí)行)

　　5、桶中功率的 86.5%，光束直徑，也稱為包圍功率

　　如果激光束模式為純TEM00并且百分比設(shè)置為如圖所示，則方法A，B和E將分別產(chǎn)生C。如果光束包含更高的模態(tài)，那么A，B和E不會(huì)產(chǎn)生C，誤差程度取決于更高模態(tài)的混合。

　　尋求提高準(zhǔn)確性

　　在早期，可以容忍光束寬度測(cè)量精度的重大誤差。但對(duì)提高準(zhǔn)確性和可重復(fù)性的需求很快就在增長(zhǎng)。在同一時(shí)期，對(duì)精確的第二矩光束寬度測(cè)量的愿望也開(kāi)始占主導(dǎo)地位。第二矩光束寬度符合激光束傳播理論，因此隨著時(shí)間的推移，成為事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。然而，使用基線未定義(零)的相對(duì)噪聲的相機(jī)進(jìn)行這種測(cè)量是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，即使使用最新的相機(jī)技術(shù)，仍然如此。

　　波束寬度方法A、B、D和E均采用剪輯級(jí)技術(shù)，其中高于特定指定值的相機(jī)像素包括在進(jìn)行波束寬度測(cè)量時(shí)。不包括剪輯級(jí)別以下的像素。剪輯電平通常遠(yuǎn)高于本底噪聲，因此只要可以確定合理的基線并且光束光斑尺寸填充但不過(guò)度填充相機(jī)成像儀，測(cè)量結(jié)果就相當(dāng)不受噪聲影響。

　　在計(jì)算第二矩D4s光束寬度時(shí)，情況并非如此。第二矩計(jì)算包括一個(gè)數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)，即像素與光束中心的距離乘以像素強(qiáng)度的平方。因此，不僅與中心的距離增加，而且位于更遠(yuǎn)距離的像素?cái)?shù)量也會(huì)增加。理論上兩者都增加到無(wú)窮大，但實(shí)際上僅限于成像器的區(qū)域。如果激光束相對(duì)于成像儀的尺寸很小，這些遠(yuǎn)距離像素會(huì)嚴(yán)重影響光束計(jì)算。即使偏離零的強(qiáng)度計(jì)數(shù)的一小部分，也是如此，如果所有噪聲僅由正值組成，即削波時(shí)，則更是如此。

　　為了馴服可能的失控的第二矩結(jié)果，采用了各種約束。限制執(zhí)行計(jì)算的區(qū)域是解決方案的一部分。這些孔徑應(yīng)用技術(shù)對(duì)于大型成像儀上的小光束顯然是必要的。需要各種規(guī)則來(lái)確定孔徑尺寸，并且必須定義算法以創(chuàng)建多種形狀和尺寸的光束。

　　建立基線

　　處理基線是一個(gè)更復(fù)雜的問(wèn)題。光束分析儀制造商已經(jīng)熟悉使用夾式電平儀。第一次嘗試涉及在本底噪聲上方或附近設(shè)置一個(gè)夾子電平，從而消除光束翼中的噪聲。這種方法的問(wèn)題在于需要不斷調(diào)整剪輯級(jí)別才能獲得正確的結(jié)果。隨著光束強(qiáng)度的變化，除非也調(diào)整夾子級(jí)別，否則光束寬度會(huì)發(fā)生變化。如果上述孔徑增加或減小，光束寬度也可能發(fā)生變化。實(shí)際上，削波級(jí)別方法允許您撥入答案，但它可能僅適用于當(dāng)前正在測(cè)量的光束輪廓。

　　新的相機(jī)技術(shù)

　　當(dāng)今的現(xiàn)代CCD相機(jī)通常包含數(shù)百萬(wàn)像素，而不是幾個(gè)100k像素。大多數(shù)是行間傳遞設(shè)計(jì)的逐行掃描。舊的幀傳輸技術(shù)正在逐步淘汰。像素尺寸也小得多，現(xiàn)在只有個(gè)位數(shù)μm。然而，這些較大的成像儀也可能產(chǎn)生新的問(wèn)題。壞像素的可能性和數(shù)量增加了，閃爍的像素的出現(xiàn)也增加了。輸出圖像中的陰影可能更大、更常見(jiàn)。還提供更大的成像儀，從而可以提供高達(dá)35mm格式膠片的尺寸。

　　多年來(lái)，我們已經(jīng)研究了許多CMOS成像儀。最早的設(shè)備更多地是為低端商業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它們通常是卷簾快門(mén)設(shè)計(jì)(不適用于脈沖激光器);信噪比非常低;像素到像素的均勻性差;響應(yīng)線性差;和不穩(wěn)定的背景黑電平。大多數(shù)早期的CMOS成像儀確實(shí)具有一個(gè)明顯的積極特征;當(dāng)與YAG激光器一起使用時(shí)，它們往往開(kāi)花較少，或者根本不開(kāi)花。與CCD同類產(chǎn)品相比，它們的成本也更低。我們希望，隨著時(shí)間的推移，能夠開(kāi)發(fā)出一種適當(dāng)改進(jìn)、成本更低的CMOS成像儀。

　　最新的CMOS成像儀已經(jīng)解決了許多問(wèn)題，但不是早期示例中觀察到的所有問(wèn)題。它們現(xiàn)在是可觸發(fā)的，允許與脈沖激光器一起使用。時(shí)間信噪比接近CCD，線性度也相當(dāng)。在YAG波長(zhǎng)下缺乏泛光并不是真實(shí)的，而是與CCD有些不同。也許開(kāi)花一直存在，現(xiàn)在更容易被發(fā)現(xiàn)，或者可能由于啟用觸發(fā)的新緩沖設(shè)計(jì)而加劇了這種情況?；€不穩(wěn)定性仍然是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因此很難可靠地將其減去，并且像素之間的不穩(wěn)定性仍然是一個(gè)問(wèn)題。隨著這些設(shè)備的改進(jìn)，它們的成本也隨之上升。如果它們達(dá)到與CCD性能相當(dāng)，也許它們的成本也可能達(dá)到平價(jià)。

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