光束質(zhì)量
27 eooY1 激光束的光束質(zhì)量是激光束特性的一個重要方面。它可以以不同的方式定義，但通常被理解為在特定條件下(例如有限的光束發(fā)散度)激光束可以聚焦得多緊的度量。量化光束質(zhì)量最常用的方法是：
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- 光束參數(shù)乘積(BPP)，即束腰處的光束半徑與遠(yuǎn)場光束發(fā)散角的乘積。
- M2 因子，定義為光束參數(shù)乘積除以具有相同衍射極限的高斯光束的相應(yīng)乘積。
BPP 或 M2 因子的低值意味著高光束質(zhì)量。
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高光束質(zhì)量意味著平滑的波面(例如，整個光束剖面具有很強(qiáng)的的相位相關(guān)性)，這樣，用透鏡聚焦光束就能獲得波面為平面的焦點(diǎn)。擾亂的波面(見圖1)使光束聚焦更加困難，在給定光斑大小的情況下，光束發(fā)散會增大。
vv72x] 圖1：光束質(zhì)量較差的激光束。與理想的高斯光束相比，波陣面有些混亂，這使得光束更難緊密聚焦。
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{% rA1g 在衍射受限的高斯光束中，M2 可以獲得最高的光束質(zhì)量，其 M2 = 1。許多
激光器都能接近這個值，特別是在單橫向模式下運(yùn)行的的固態(tài)體激光器(→單模工作)和基于單模
光纖的光纖激光器，還有一些低功率激光二極管(特別是 VCSELs)。
$ SlIr<'*" wL +s8#{ 另一方面，特別是一些大功率激光器(如固態(tài)體激光器和
半導(dǎo)體激光器，如二極管激光器)的 M2 非常大，可以超過100或者甚至遠(yuǎn)高于1000。在固態(tài)激光器中，這通常是由于增益介質(zhì)中熱引起的波面畸變和/或激光晶體中的有效模式面積和泵浦面積不匹配的結(jié)果，而在高功率半導(dǎo)體激光器中，光束質(zhì)量差的原因則是使用了高度多模波導(dǎo)。在這兩種情況下，光束質(zhì)量不佳都與高階諧振器模式的激發(fā)有關(guān)。
F|S Xn\ v,FU^f-' 在衍射受限光束的焦點(diǎn)(束腰)(即光束半徑達(dá)到其最小值的位置)，光波面是平坦的。波面的任何擾動，例如，由于質(zhì)量差的
光學(xué)元件、透鏡的球面像差、增益介質(zhì)中的熱效應(yīng)、孔徑的衍射或寄生反射，都會影響波面的質(zhì)量。對于單色光束，原則上可以通過相位掩膜等方法來恢復(fù)光束質(zhì)量，但在實(shí)際應(yīng)用中通常很難做到，即使在畸變是穩(wěn)定的情況下也是如此。一種更靈活的方法是使用自適應(yīng)光學(xué)與波前
傳感器結(jié)合使用。
3 ]5^r} b.2aHu( 3 使用非共振模式清潔器或模式清潔器腔可以在一定程度上改善激光光束的光束質(zhì)量。然而，但是，這會導(dǎo)致光功率的損失。
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