激光器因其準(zhǔn)直良好的單波長電磁波束而備受青睞。低發(fā)散、單波長輻射和廣泛的可用激光功率范圍使其成為工業(yè)和研究中最有價值的材料加工工具之一。

　　激光束發(fā)散角是激光器制造商和需要控制其激光光斑尺寸的用戶等需要了解的一個重要參數(shù)。從激光焊接應(yīng)用到晶圓切割或眼科手術(shù)，了解光束發(fā)散度對于構(gòu)建功能設(shè)置和將能量精確地引導(dǎo)到給定過程所需的位置是必不可少的。

　　在這里，我們介紹有關(guān)激光束發(fā)散測量的重要概念。

　　什么是激光束發(fā)散角?

　　對于圓形光束，發(fā)散度定義為光束直徑如何隨著與激光孔徑的距離而增加的角度測量值。它以毫弧度(mrad)或度( ° ) 為單位進行測量。

　　激光束發(fā)散是因為它們需要一個無限細和長的原子腔，沿一個方向共振發(fā)射光子，以獲得無限距離的準(zhǔn)直光束?，F(xiàn)實生活中并非如此：例如，考慮到越來越多的工業(yè)應(yīng)用，如焊接、切割或熔覆，使用在光纖輸出端具有較大發(fā)散的光纖激光器，處理發(fā)散是不可避免的。

　　更準(zhǔn)確地說，發(fā)散度定義為光束在遠場(即距光束焦點的距離遠大于瑞利長度)擴展的角度，以光束腰的中間為參考。瑞利長度 Zr 是沿傳播軸從束腰到光束橫截面面積加倍處的距離。

　　x 和 y 方向的發(fā)散半角定義為 θ = Div/2。

　　激光束發(fā)散度測量完全取決于光束尺寸。通過設(shè)計，圓形激光束通常具有從光束中心到邊緣的高斯型能量密度分布(或輻照度)。那條鐘形曲線告訴你大部分光束能量位于光束的中心，沿著傳播軸。

　　理論高斯光束橫截面。激光束發(fā)散公式

　　對于圓形高斯光束，發(fā)散的最小可實現(xiàn)值由以下簡單公式給出：

　　是激光波長和光束自然腰：它沿 z 軸的最小尺寸。

　　當(dāng)測得的發(fā)散度接近θ 0時，高斯激光束被稱為衍射極限。

　　下面介紹如何輕松測量激光束發(fā)散角。

　　有人會認為需要沿著激光的傳播軸移動相機才能測量發(fā)散，但實際上并非如此!

　　我們都知道，要獲得激光束的 M 2 因子(也稱為光束質(zhì)量因子)，必須同時測量發(fā)散角θ和束腰 ω 0，這確實需要沿 z 軸移動實際找到腰部并測量其尺寸。

　　M 2 因子是無量綱的，是激光束質(zhì)量的指標(biāo)，可量化光束傳播與相同波長的理論高斯光束傳播的接近程度。

　　測量 M 2 因子需要為光束質(zhì)量分析儀使用移動平臺，以及透鏡和對準(zhǔn)鏡。它增加了一層關(guān)于光束質(zhì)量的額外信息，在這里，我們不需要沿 z 軸獲得多個光束直徑值來計算發(fā)散度。

　　第一步是在相機和激光之間放置一個無像差聚焦鏡頭。關(guān)鍵是將鏡頭放在激光束的遠場，并將相機傳感器正好放在鏡頭的焦點處(而不是光束腰部)。

　　這個時候，就是要計算了!兩個主軸(x 和 y)的發(fā)散由下式給出：

　　ω f 是距 鏡頭 距離為f的聚焦點的寬度，f 是激光波長下鏡頭的焦距。請注意，焦距與波長有關(guān)，因此請確保從鏡頭供應(yīng)商處獲得正確的值。

　　這種方法也適用于非高斯光束。無需測量焦點前后的光束直徑;這就是這個設(shè)置的美妙之處。如果將鏡頭換成另一個焦距，焦點處的光束大小會有所不同，但如果相機在焦點處的位置很好，測得的發(fā)散度將是相同的。

　　我們可以控制激光束的發(fā)散嗎?

　　例如，使用高功率光纖激光器時，樣品通常會在接近光纖輸出端的位置進行處理，但發(fā)散是通過使用光學(xué)掃描儀來控制和修改的，該掃描儀可以在待處理樣品上提供所需的光束大小。

　　準(zhǔn)直器也可用于低功率光纖激光器應(yīng)用，例如電信應(yīng)用和各種二極管激光器。繼續(xù)測試各種光學(xué)器件，評估它們?nèi)绾斡绊懠す馐笮?。激光束的自然發(fā)散通常被用來擴大光束尺寸并符合激光功率計功率測量的功率密度損傷閾值。