Jakość wiązki laserowej - Laser beam quality

W nauce laserowej , jakości wiązki laserowej określa aspekty wzorca wiązki oświetlającej i zalety danej wiązki laserowej „S właściwości propagacji i transformacji (kryterium miejsce przepustowości). Na przykład obserwując i rejestrując wzór wiązki, można wywnioskować właściwości trybu przestrzennego wiązki oraz to, czy wiązka jest przycinana przez przeszkodę, czy nie; Skupiając wiązkę lasera za pomocą soczewki i mierząc minimalną wielkość plamki, można obliczyć , ile razy granica dyfrakcji lub jakość ogniskowania może być obliczona.

Anthony E. Siegman jako pierwszy zaproponował formalizm dla współczynnika jakości wiązki laserowej, który można zmierzyć i zastosować do porównania różnych wiązek, niezależnie od długości fali . Współczynnik nazywa się M 2 i jest ściśle powiązany z iloczynem parametru belki . Chociaż współczynnik M 2 nie podaje szczegółów na temat właściwości przestrzennych belki, wskazuje, jak blisko jest bycia wiązką Gaussa w trybie podstawowym . Określa również najmniejszy rozmiar plamki dla wiązki, a także rozbieżność wiązki . M 2 może również wskazywać na zniekształcenia wiązki spowodowane, na przykład, soczewkami termicznymi indukowanymi mocą w ośrodku wzmocnienia lasera , ponieważ wzrośnie.

Istnieją pewne ograniczenia parametru M 2 jako prostej miary jakości. Dokładny pomiar może być trudny, a czynniki, takie jak szum tła, mogą powodować duże błędy w M 2 . Belki z mocą znajdującą się daleko w „ogonach” dystrybucji mają M 2 znacznie większe niż można by się spodziewać. Teoretycznie, wyidealizowana wiązka lasera z wierzchołka ma nieskończoną liczbę M 2 , chociaż nie jest to prawdą w przypadku jakiejkolwiek fizycznie realizowanej wiązki. Dla czystej belki Bessela nie można nawet obliczyć M 2 .

Definicja „jakości” zależy również od aplikacji. Podczas gdy wysokiej jakości jednomodowa wiązka Gaussa (M 2 bliskie jedności) jest optymalna do wielu zastosowań, do innych zastosowań wymagany jest jednolity wielomodowy rozkład natężenia wiązki . Przykładem jest chirurgia laserowa .

Moc w wiadrze i współczynnik Strehla to dwie inne próby zdefiniowania jakości wiązki. Obie te metody wykorzystują profiler wiązki laserowej do pomiaru ilości mocy dostarczanej do danego obszaru. Nie ma również prostej konwersji między M 2 , mocą w łyżce i współczynnikiem Strehla.

Definicje M 2

Definicja M 2

Równanie dla rozproszenia czystego Gaussa TEM 00 rozmytą rozmnożeniowego wiązki w przestrzeni jest przez

, (1)

gdzie D 00 to średnica talii wiązki , a λ to długość fali. Wiązki z wyższego trybu często rozpoczynają się z większym pasem wiązki, D 0 , i / lub mają szybszą dywergencję Θ 0 . W tym przypadku równanie (1) staje się

, (2)

gdzie Θ 0 i D 0 to rozbieżność i talia wiązki w wyższej fazie, a M 2 jest większe niż 1 i jest określane jako „ Współczynnik propagacji wiązki ” zgodnie z normą ISO 11146. Kiedy ogniskowana jest wiązka lasera Gaussa, średnica skupionej plamki jest definiowana przez

, (3)

gdzie d 00 jest idealną średnicą skupionej plamki, f jest ogniskową soczewki skupiającej, a D 00 jest pasem wiązki wejściowej i znajduje się w odległości jednej ogniskowej od soczewki, jak pokazano na rysunku. Jednak gdy zogniskowana jest wiązka wielomodowa , Równanie (3) staje się

. (4)

Pomiar M 2

M 2 nie można określić na podstawie pomiaru pojedynczego profilu belki. Norma ISO / DIS 11146 definiuje, że M 2 należy obliczyć z serii pomiarów, jak pokazano na poniższym rysunku. M 2 mierzy się na rzeczywistych wiązkach przez ogniskowanie wiązki za pomocą soczewki o stałej pozycji o znanej ogniskowej, a następnie mierzenie charakterystyki zwężenia wiązki i rozbieżności. Pomiary te można wykonać za pomocą profilera wiązki laserowej .

Pozycje pomiarowe do uzyskania M 2

Wielokrotne pomiary zapewniają znalezienie minimalnej średnicy wiązki i umożliwiają „dopasowanie krzywej”, co poprawia dokładność obliczeń poprzez zminimalizowanie błędu pomiaru.

Bibliografia