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小火龍果

2023-10-24 11:22

RP 系列激光分析設(shè)計(jì)軟件 | 光束質(zhì)量

光束質(zhì)量

激光束的光束質(zhì)量是激光束特性的一個(gè)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：

光束參數(shù)乘積(BPP)，即束腰處的光束半徑與遠(yuǎn)場(chǎng)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。

高光束質(zhì)量意味著平滑的波面(例如，整個(gè)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(jiàn)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(huì)增大。

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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。

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(gè)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)。

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(guò)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)。