Лазер сәулесінің сапасын М2 коэффициенті арқылы анықтаңыз. Бұл параметр сәуленің идеалды Гаусс сәулесінен қаншалықты өзгеше екенін көрсетеді. Д4σ әдісімен өлшеу.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Лазерлік ғылымда M2 параметрі, сонымен қатар сәуле таралу қатынасы немесе сәуле сапасының көрсеткіші, лазер сәулесінің сапасын өлшеуге арналған шама. Ол сәуленің идеалды Гаусс сәулесінен қаншалықты айырмашылығын көрсетеді.
In laser science, the parameter M2, also known as the beam propagation ratio or beam quality factor is a measure of laser beam quality. It represents the degree of variation of a beam from an ideal Gaussian beam.
Өлшем
Сәуленің енін анықтаудың бірнеше тәсілі бар. Сәуле параметрінің көбейтіндісі мен M2 өлшеу кезінде D4σ немесе "екінші момент" сәуле енін пайдаланып, сәуле белдеуінің радиусын және алыс өрістегі дивергенцияны анықтайды. Сәуле белдеуінің жанында (сәуленің ең тар жері) 5 осьтік позицияда D4σ енін өлшеңіз. Сәуле белдеуінен кем дегенде бір Рейли ұзындығы қашықтықта 5 осьтік позицияда D4σ енін өлшеңіз. 10 өлшенген дерек нүктесін мынаған сәйкестендіріңіз, мұнда – сәуле енінің жартысы, ал – сәуле белдеуінің орны, енімен сәйкестендіру. 10 дерек нүктесіне сәйкестендіру M2, , нәтижесін береді және Сигман барлық сәуле профильдері – Гаусс, жалпақ төбелі, TEMxy немесе кез келген пішін – сәуле радиусы сәуле енінің D4σ анықтамасын қолданса, жоғарыдағы теңдеуді орындауы керек екенін көрсетті. Сол сияқты, сәуле интенсивтілік профилі өте "Гаусс емес" болып көрінуі мүмкін, бірақ M2 мәні бірлікке жақын болуы мүмкін. Көптеген қолданбалар үшін сәуле сапасы маңызды. Талшықты-оптикалық байланыста бір режимді оптикалық талшыққа қосылу үшін 1-ге жақын M2 сәулелері қажет. M2 берілген диаметрлі коллимцияланған сәуленің қаншалықты тығыз шоғырланғанын анықтайды: шоғырланған нүктенің диаметрі M2 пропорционалды өзгереді, ал сәулелену 1/M4 пропорционалды өзгереді. Берілген лазер резонаторы үшін шығыс сәуле диаметрі (коллимцияланған немесе шоғырланған) M пропорционалды, ал сәулелену 1/M2 пропорционалды. Бұл лазерлік өңдеуде және лазерлік дәнекерлеуде өте маңызды, олар дәнекерлеу орнындағы жоғары флюенцияға байланысты. Әдетте, лазердің шығыс қуаты артқан сайын M2 да артады. Лазерлік күшейту ортасындағы жылулық линзалаудың салдарынан жақсы сәуле сапасы мен жоғары орташа қуатты бірдей алу қиын.
There are several ways to define the width of a beam. When measuring the beam parameter product and M2, one uses the D4σ or "second moment" width of the beam to determine both the radius of the beam's waist and the divergence in the far field. Measure the D4σ widths at 5 axial positions near the beam waist (the location where the beam is narrowest). Measure the D4σ widths at 5 axial positions at least one Rayleigh length away from the waist. Fit the 10 measured data points to where is half of the beam width, and is the location of the beam waist with width Fitting the 10 data points yields M2, , and Siegman showed that all beam profiles — Gaussian, flat top, TEMxy, or any shape — must follow the equation above provided that the beam radius uses the D4σ definition of the beam width. Likewise, a beam intensity profile can appear very "un Gaussian", yet have an M2 value close to unity. The quality of a beam is important for many applications. In fiber optic communications beams with an M2 close to 1 are required for coupling to single mode optical fiber. M2 determines how tightly a collimated beam of a given diameter can be focused: the diameter of the focal spot varies as M2, and the irradiance scales as 1/M4. For a given laser cavity, the output beam diameter (collimated or focused) scales as M, and the irradiance as 1/M2. This is very important in laser machining and laser welding, which depend on high fluence at the weld location. Generally, M2 increases as a laser's output power increases. It is difficult to obtain excellent beam quality and high average power at the same time due to thermal lensing in the laser gain medium.
Көп реттік сәуле таралуы
Нағыз лазерлік сәулелер көбінесе Гаусс емес, көп режимді немесе аралас режимді болып келеді. Көп режимді сәуленің таралуы көбінесе "ішке енгізілген" Гаусс деп аталатын модельмен есептеледі, оның сәуле белдеуі көп режимді сәуледен M есе кіші. Көп режимді сәуленің диаметрі кез келген жерде ішке енгізілген Гаусс сәулесінен M есе үлкен, ал дивергенциясы M есе артық, бірақ толқын фронтының қисықтығы бірдей болады. Көп режимді сәуленің сәуле ауданы M2 есе, ал сәуле интенсивтілігі ішке енгізілген сәуледен 1/M2 есе кем. Бұл кез келген оптикалық жүйе үшін орындалады, сондықтан көп режимді лазерлік сәуленің ең кішкентай (фокусқа келтірілген) нүктесінің мөлшері немесе сәуле белдеуі ішке енгізілген Гаусс сәуле белдеуінен M есе үлкен болады.
Real laser beams are often non Gaussian, being multi mode or mixed mode. Multi mode beam propagation is often modeled by considering a so called "embedded" Gaussian, whose beam waist is M times smaller than that of the multimode beam. The diameter of the multimode beam is then M times that of the embedded Gaussian beam everywhere, and the divergence is M times greater, but the wavefront curvature is the same. The multimode beam has M2 times the beam area but 1/M2 less beam intensity than the embedded beam. This holds true for any given optical system, and thus the minimum (focussed) spot size or beam waist of a multi mode laser beam is M times the embedded Gaussian beam waist.