什么是激光?

激光是受激輻射光放大的首字母縮寫詞。它是一種通過受激發(fā)射過程發(fā)射電磁輻射的機(jī)制。激光器是第一個(gè)能夠自行放大光波的設(shè)備。發(fā)射的激光是空間相干的、窄的低發(fā)散光束。當(dāng)一束光的波(或光子)具有相同的頻率、相位和方向時(shí)，它被稱為相干的。有發(fā)射廣譜光或同時(shí)發(fā)射不同波長(zhǎng)光的激光器。

根據(jù)激光物理與技術(shù)百科全書，激光束的光束發(fā)散度是衡量光束從束腰擴(kuò)展的速度有多快的量度。具有窄光束發(fā)散角的激光束被大量用于制造激光指示器設(shè)備。一般來說，激光器通常發(fā)射具有高斯分布的光束。高斯光束是一種電磁輻射光束，其橫向電場(chǎng)和強(qiáng)度(輻照度)分布由高斯函數(shù)描述。

對(duì)于高斯光束，復(fù)電場(chǎng)的振幅由下式給出

r - 距梁中心軸的徑向距離

z - 梁最窄點(diǎn)的軸向距離

i - 虛數(shù)單位(其中 i 2 = ? 1)

k - 波數(shù)(每米弧度)。

w (z) - 場(chǎng)振幅下降到 其軸向值的 1/ e和場(chǎng)強(qiáng)下降到 1/ e 2時(shí)的半徑。

w (0) -腰圍尺寸。

0 = | E ( 0,0) |

R (z) -光束波前的曲率半徑

ζ ( z ) - Gouy 相移。它是對(duì)符合高斯分布的光束中看到的相位 e 的額外貢獻(xiàn)。

相應(yīng)的時(shí)間平均強(qiáng)度(或輻照度)分布為

其中I 0 = I (0,0)是束腰中心的強(qiáng)度。該常數(shù)n定義為光束傳播所通過的介質(zhì)的特性阻抗。

對(duì)于真空

光束參數(shù)

光束參數(shù)控制高斯光束的行為和幾何形狀。重要的光束參數(shù)如下所述。

光束發(fā)散

激光發(fā)出的光被限制在一個(gè)相當(dāng)窄的圓錐內(nèi)。但是，當(dāng)光束向外傳播時(shí)，它會(huì)慢慢發(fā)散或呈扇形散開。對(duì)于電磁光束，光束發(fā)散角是光束出射時(shí)半徑或直徑隨距光學(xué)孔徑的距離而增加的角度測(cè)量值。

如果已知兩個(gè)不同距離處的光束直徑 d 1 和 d 2 ，則可以計(jì)算激光束的發(fā)散度。設(shè) z 1和 z 2 是沿激光軸從激光末端到點(diǎn)“1”和“2”的距離。

通常，發(fā)散角被取為光束的全張角。然后，

發(fā)散角的一半可以計(jì)算為

其中 w 1和 w 2是光束在 z 1和 z 2處的半徑。

與所有電磁波束一樣，激光也會(huì)發(fā)散，以毫弧度 (mrad) 或度為單位測(cè)量。對(duì)于許多應(yīng)用，較低發(fā)散的光束是更可取的。

光斑尺寸

光斑大小只不過是光束本身的半徑。光束的輻照度在邊緣處逐漸減小。

輻照度(強(qiáng)度)等于最大輻照度的1/e 2 (1/e 2 = 0.135)的光束中心的距離 定義為光束直徑。光束的光斑尺寸 ( w ) 定義為從最大輻照度中心點(diǎn)到 1/e 2 點(diǎn)的徑向距離(半徑)。

當(dāng)徑向光束發(fā)散度接近最小可能值時(shí)，高斯激光束被稱為衍射極限，該值由下式給出

其中 λ是給定激光的波長(zhǎng)， w 0 是光束最窄點(diǎn)處的半徑，稱為束腰。