從制造到食品再到醫(yī)療保健，激光技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用。然而，激光技術(shù)的有效性很大程度上受到激光束質(zhì)量的影響。下面描述了測(cè)量激光束質(zhì)量的過程。

M2

這是決定激光束質(zhì)量的重要參數(shù)。將此因子與高斯光束的形狀進(jìn)行比較。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)11146，M2因子的值為：

M2 = πw0θ/λ

這里，w0是光束腰，θ是激光發(fā)散角，λ是振蕩波長(zhǎng)。

高斯光束的發(fā)散角可以使用以下公式得出：

θ = λ/πw0

通過將發(fā)散角納入方程中，M2因子使我們能夠準(zhǔn)確計(jì)算出M2因子的值。插入發(fā)散角后，M2 的最終方程變?yōu)椋?/p>

M2 = πw0/λ×λ/πw0

如果M2系數(shù)的值為1，則代表衍射極限高斯光束。M2因子的值大于1表明激光束偏離理想的高斯光束。但M2因子的值不能小于1。

對(duì)于激光束聚焦到一個(gè)點(diǎn)的應(yīng)用，需要計(jì)算 M2 系數(shù)。該值表示激光聚焦的有效性。M2 值越低表示光斑越強(qiáng)且聚焦效果越佳。。

ISO 11146 標(biāo)準(zhǔn)記錄了沿傳播軸的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)不同位置處的五個(gè)光束半徑測(cè)量值。在某些情況下，特定平面中的橫截面可能表現(xiàn)為高斯分布。然而，實(shí)際的光束傳播與高斯光束有很大不同。在這種情況下，激光束的發(fā)散角會(huì)增加。

光束參數(shù)積(BPP)

光束參數(shù)積 (BPP)是評(píng)估激光束質(zhì)量的另一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)ISO 100標(biāo)準(zhǔn)，BPP計(jì)算如下：光束半徑與光束發(fā)散半角的乘積。光束半徑測(cè)量在光束腰處進(jìn)行，半角光束發(fā)散度在遠(yuǎn)場(chǎng)確定。

以下等式顯示了 BPP 和 M2 因子之間的關(guān)系。

BPP = M2λ/π = πw0θ

該方程表明梁參數(shù)積為：與M2系數(shù)成正比。這意味著具有大BPP值的激光束與高斯光束不同并且質(zhì)量較差。λ/π是可實(shí)現(xiàn)的最小值。這對(duì)應(yīng)于理想的高斯光束。

環(huán)圍功率Power in The Bucket

該參數(shù)常用于高功率激光應(yīng)用和材料加工。它用于確定光束質(zhì)量和傳播。桶中的功率是指?jìng)鬟f到錐體中的激光功率的量。它以角度單位 λ/D 計(jì)算，稱為“桶”。這里，λ表示激光束的波長(zhǎng)，D表示初始光束的特征尺寸。

由于該參數(shù)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常以垂直或水平光束質(zhì)量來衡量。以下等式表示垂直和水平光束質(zhì)量：

Vertical Beam Quality = √Ideal Power in Bucket/ Actual Power in Same Bucket

Horizontal Beam Quality = Actual Beam Radius at a Given Power/ Ideal Beam Radius at the Same Power

與其它兩個(gè)參數(shù)一樣，桶中的低功率代表激光束的高質(zhì)量。

為什么了解激光束質(zhì)量很重要?

激光器用于多個(gè)領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的最終產(chǎn)品的精度取決于激光束的質(zhì)量。以下概述了了解激光束質(zhì)量的重要性：

1、對(duì)激光切割的影響

激光切割涉及使用高能激光束切割堅(jiān)硬和敏感的材料。發(fā)散度較小且焦點(diǎn)清晰的高質(zhì)量激光束可幫助您實(shí)現(xiàn)精確切割。相反，光束質(zhì)量差會(huì)損壞材料，導(dǎo)致材料浪費(fèi)。

質(zhì)量更好的激光束可以產(chǎn)生干凈的切口，并且毛邊最少。它最大限度地減少了后處理的要求，從而最大限度地減少了激光切割的總體成本和工作量?？梢怨?jié)省大量成本和時(shí)間。

2、對(duì)激光打標(biāo)和雕刻的影響

激光打標(biāo)是在多個(gè)行業(yè)中使用的另一種流行技術(shù)。光束的質(zhì)量確保雕刻的一致性和精細(xì)度。它還可以幫助您實(shí)現(xiàn)詳細(xì)標(biāo)記。此外，低發(fā)散角可提供集中的光束，從而實(shí)現(xiàn)材料的有效蒸發(fā)。

激光束的模式也會(huì)影響激光打標(biāo)的質(zhì)量。高斯模式的激光束比平頂模式提供更集中、更銳利的光束。光束形狀是影響激光打標(biāo)結(jié)果的另一個(gè)因素。

3、對(duì)激光處理的影響

激光產(chǎn)生的高能光束可以熔化和汽化材料。高質(zhì)量激光機(jī)可產(chǎn)生精確聚焦的光束。它最大限度地減少了材料損壞和材料浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

在處理昂貴的材料時(shí)，必須采用優(yōu)化的激光束寬度，以最大限度地提高材料的利用率和最終產(chǎn)品的安全性。

4、對(duì)結(jié)果的影響

了解激光束的質(zhì)量能夠優(yōu)化激光機(jī)以獲得特定的結(jié)果。由于光束的質(zhì)量會(huì)影響結(jié)果，因此可以最大限度地減少最終產(chǎn)品中的缺陷和不一致。

測(cè)量激光束質(zhì)量的技術(shù)和工具

已經(jīng)開發(fā)了多種工具和技術(shù)來精確測(cè)量激光束質(zhì)量。以下是測(cè)量激光束質(zhì)量的一些常用技術(shù)和工具：

1、鏡頭

透鏡是測(cè)量和分析激光束質(zhì)量的重要工具。能夠?qū)⒐馐劢乖谒璧奈恢?。使用已知其特性的?biāo)準(zhǔn)透鏡可以方便地確定束腰的位置。了解光束腰的位置使能夠在最佳距離測(cè)量光束直徑，從而準(zhǔn)確計(jì)算 M2 系數(shù)。

2、光束分析儀

光束分析儀是專門設(shè)計(jì)的設(shè)備，用于捕獲和分析激光束的空間強(qiáng)度分布。在光束分析儀使用的各種技術(shù)中，刀口技術(shù)和相機(jī)技術(shù)是最常見的。

刀口技術(shù)采用狹縫或旋轉(zhuǎn)刀片在激光束到達(dá)功率計(jì)進(jìn)行檢測(cè)之前將其切割。激光束的強(qiáng)度作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行測(cè)量。該算法有助于重建原始光束輪廓。

相機(jī)技術(shù)直接照亮相機(jī)傳感器。激光束被引導(dǎo)到平坦的漫射表面，透鏡將光引導(dǎo)到 CCD(電荷耦合器件)上。能夠創(chuàng)建大直徑光束的光束輪廓。

3、尺子

測(cè)量激光束質(zhì)量時(shí)不需要任何特殊工具即可準(zhǔn)確測(cè)量距離。為此需要使用尺子。使用尺子的主要目的是確定傳感器和焦點(diǎn)之間的正確距離。

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