M2 測量是了解和測量激光器質(zhì)量的一種簡單方法。本質(zhì)上，M2 測量需要找到束腰——光束在其焦點處最窄的部分。不過，這個束腰的位置，始終不是很清楚。需要圍繞焦點進(jìn)行多次測量，以確保準(zhǔn)確的腰圍評估。從這個光束半徑及其位置，可以計算 M2 和激光的相對質(zhì)量。下面列出了進(jìn)行這些光束半徑測量所需的步驟：

一、從準(zhǔn)直光束開始

M2 測量從準(zhǔn)直光束開始至關(guān)重要。光的準(zhǔn)直是通過使用確保通過該設(shè)備的所有光線平行的設(shè)備來完成的。這種準(zhǔn)直裝置通常是具有適合光源的特定幾何形狀的透鏡，以提供平行光線。

二、 使用無像差透鏡聚焦激光束

要建立 M2 測量，使用已知焦距的鏡頭很重要。因此，這個鏡頭必須是無像差的——這意味著它沒有瑕疵和不準(zhǔn)確，這些瑕疵和不準(zhǔn)確會使光束的焦點產(chǎn)生偏差。

三、測量光束在焦點周圍不同位置的直徑

束腰是最小光束半徑。這將是激光焦點處的光束半徑。然而，由于現(xiàn)場測量的不準(zhǔn)確性，不可能在單個點精確測量該束腰。相反，根據(jù)用于測試激光束的 ISO 11146，有必要圍繞已知焦點進(jìn)行多次測量，并找到這些測量中的最小值來確定束腰。

至少應(yīng)取 10 個光束半徑數(shù)據(jù)點。這些點中的大約一半應(yīng)該靠近焦點(在焦點的一個瑞利長度內(nèi))，另一半應(yīng)該遠(yuǎn)離焦點(超過兩個瑞利長度)。這些測量將是激光束在 x 方向和 y 方向上的寬度(因為光束可能不是完美的圓形)。

四、使用 ISO 范數(shù)中詳述的回歸方程為 X 軸和 Y 軸的數(shù)據(jù)點擬合雙曲線

在距激光束焦點不同距離處獲取數(shù)據(jù)點的原因是雙曲線可以與繪制的數(shù)據(jù)緊密擬合。ISO 范數(shù)詳細(xì)說明了用于擬合該雙曲線的回歸方程。應(yīng)繪制數(shù)據(jù)點，顯示光束半徑與距鏡頭的距離。雙曲線將顯示最小光束半徑，因此給出光束腰。應(yīng)繪制 x 方向和 y 方向的雙曲線，如下圖所示：

五、為每個軸提取 w0、zR 和 M2 的值

使用適合數(shù)據(jù)點的雙曲線，最小光束半徑很容易顯示為光束腰 (w0)。瑞利長度 (zR) 可以計算為激光半徑比束腰大 2 的平方根的距離。對于圓形光束，這是橫截面積為束腰處最小值的兩倍?？梢葬槍す馐?x 方向和 y 方向上確定這些值。

最后，在束腰已知的情況下，可以通過計算確定 M2 系數(shù)。它是通過使用以下等式計算的：