В лазерной науке , то продукт параметров пучка ( БПП ) является продуктом лазерного луча дивергенции угол (половинный угол) и радиусом пучка в его самой узкой точке ( пучок талии ). [1] BPP определяет качество лазерного луча и то, насколько хорошо он может быть сфокусирован в небольшом пятне.
Гауссов пучок имеет минимально возможную BPP,, где это длина волны света. [1] Отношение BPP фактического луча к таковому у идеального гауссова луча на той же длине волны обозначается M 2 (« M в квадрате »). Этот параметр не зависит от длины волны и является показателем качества луча.
Качество луча важно для многих приложений. В оптоволоконной связи для связи с одномодовым оптическим волокном требуются лучи с M 2, близким к 1 . Производители лазерных станков очень заботятся о параметре M 2 своих лазеров, потому что лучи будут фокусироваться в область, которая в M 4 раза больше, чем у гауссова луча с той же длиной волны и шириной перетяжки D4σ; другими словами, плотность потока энергии изменяется как 1 / M 4 . Эмпирическое правило состоит в том, что M 2 увеличивается с увеличением мощности лазера. Трудно получить превосходное качество луча и высокую среднюю мощность (от 100 Вт до кВт) из-за теплового линзирования в среде усиления лазера .
Измерение
Есть несколько способов определить ширину балки. При измерении произведения параметров луча и M 2 используют ширину луча D4σ или «второй момент» для определения как радиуса перетяжки луча, так и расходимости в дальней зоне. [2]
BPP можно легко измерить, разместив матричный детектор или профилировщик со сканирующей щелью в нескольких положениях внутри луча после его фокусировки с помощью линзы высокого оптического качества и известного фокусного расстояния . Чтобы правильно получить BPP и M 2, необходимо выполнить следующие шаги: [3]
- Измерьте ширину D4σ в 5 осевых позициях рядом с перетяжкой луча (место, где луч наиболее узкий).
- Измерьте ширину D4σ в 5 осевых позициях, по крайней мере, на одну длину Рэлея от талии.
- Совместите 10 точек измеренных данных с , [4] где а также - второй момент распределения в направлении x или y (см. раздел о ширине пучка D4σ), и - положение перетяжки балки с шириной второго момента . Подгонка 10 точек данных дает M 2 ,, а также . Сигман показал, что все профили пучка - гауссовский, с плоским верхом , TEMxy или любой формы - должны соответствовать приведенному выше уравнению при условии, что для радиуса пучка используется определение ширины пучка D4σ. Использование других определений ширины луча не работает.
В принципе, можно использовать одно измерение на талии для получения диаметра талии, одно измерение в дальней зоне для получения расходимости, а затем использовать их для расчета BPP. Однако на практике описанная выше процедура дает более точный результат.
Лазеры высокой мощности, такие как используемые при лазерной сварке и резке , обычно измеряются с помощью светоделителя для отбора проб луча. Отобранный луч имеет гораздо меньшую интенсивность и может быть измерен профилометром со сканирующей щелью или острием. Хорошее качество луча очень важно при лазерной сварке и резке. [5]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ а б Пашотта, Рюдигер. «Продукт параметра луча» . Энциклопедия лазерной физики и техники . RP Photonics. Архивировано 18 октября 2006 года . Проверено 22 сентября 2006 .
- ^ AE Siegman, « Как (возможно) измерить качество лазерного луча », презентация учебного пособия на Ежегодном собрании Оптического общества Америки, Лонг-Бич, Калифорния, октябрь 1997 г.
- ↑ ISO 11146-1: 2005 (E), «Лазеры и связанное с ними оборудование - Методы испытаний ширины лазерного луча, углов расходимости и коэффициентов распространения луча - Часть 1: Стигматические и простые астигматические лучи».
- ^ AE Siegman, " Как (возможно) измерить качество лазерного луча ", презентация учебного пособия на Ежегодном собрании Оптического общества Америки в Лонг-Бич, Калифорния, октябрь 1997 г., стр.9. (Обратите внимание, что в формуле на странице 3 допущена опечатка. Правильная форма получена из формул на странице 9.)
- ^ Аарон, Орен (20 февраля 2014 г.). «Анализ пучка высокой мощности» . Proc. ШПИОН . 8963 . DOI : 10.1117 / 12.2036550 .
дальнейшее чтение
- Ван, Зуолань; Дровс, Саймон; Сегреф, Армин; Кеннинг, Тобиас; Панди, Раджив (2011). Расчет параметров изделия с оптоволоконным диодным лазерным лучом и правила оптимизированного проектирования (PDF) . SPIE Lase. Фотоника Запад. Документ 7918-8. Сан-Франциско, Калифорния, США.