《激光原理》3.7激光光束质量的品质因子
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一般激光的m方因子
激光的M方因子,也称为光束质量因子(M²因子),是激光领域用以评价激光束空域质量的参量。
它是激光束腰半径和光束远场发散角的乘积与理想基模光束束腰半径和基模发散角乘积的比值,计算公式为M²=θw/θ理想w理想。
其中,理想光束由基模高斯光束定义,光束宽度由二阶矩定义。
M²因子的值越接近1,说明光束质量越接近理想光束,它的光束质量就越好。
根据M²因子的不同,激光可以分为三种类型:M²<1.3为纯单模激光器,M²在1.3~2.0之间为准单模激光器,M²>2.0为多模激光器。
请注意,不同类型的激光器和不同的应用场景,其M²因子的具体要求可能会有所不同。
因此,在实际应用中,需要根据具体情况来评估激光光束的质量。
激光原理_名词解释⼀名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。
α为包括放⼤器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。
2. 线型函数:引⼊谱线的线型函数pv p v v )(),(g 0~=,线型函数的单位是S ,括号中的0v 表⽰线型函数的中⼼频率,且有+∞∞-=1),(g 0~v v ,并在0v 加减2v ?时下降⾄最⼤值的⼀半。
按上式定义的v ?称为谱线宽度。
3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原⼦所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。
4. 纵模竞争效应:在均匀加宽激光器中,⼏个满⾜阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争,结果总是靠近中⼼频率0v 的⼀个纵模得胜,形成稳定振荡,其他纵模都被抑制⽽熄灭的现象。
5. 谐振腔的Q 值:⽆论是LC 振荡回路,还是光频谐振腔,都采⽤品质因数Q 值来标识腔的特性。
定义p v P w Q ξπξ2==。
ξ为储存在腔内的总能量,p 为单位时间内损耗的总能量。
v 为腔内电磁场的振荡频率。
6. 兰姆凹陷:单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线,在单模频率等于0的时候有⼀凹陷,称作兰姆凹陷。
7. 锁模:⼀般⾮均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施,总是得到多纵模输出,并且由于空间烧孔效应,均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模,但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持⼀定,并具有确定的相位关系,则激光器输出的是⼀列时间间隔⼀定的超短脉冲。
这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。
8. 光波模:在⾃由空间具有任意波⽮K 的单⾊平⾯波都可以存在,但在⼀个有边界条件限制的空间V 内,只能存在⼀系列独⽴的具有特定波⽮k 的平⾯单⾊驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。
9. 注⼊锁定:⽤⼀束弱的性能优良的激光注⼊⼀⾃由运转的激光器中,控制⼀个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。
(分为连续激光器的注⼊锁定和脉冲激光器的注⼊锁定)。
光束质量因子是激光光束质量的评估和控制理论基础。
其定义为其中:R为实际光束的束腰半径,R0为基膜高斯光束的束腰半径θ为实际光束的远场发散角,θ0为基膜高斯光束的远场发散角。
光束质量因子为1时,具有最好的光束质量。
衍射极限是指一个理想点物经光学系统成像,由于衍射的限制,不可能得到理想像点,而是得到一个夫朗和费衍射像。
因为一般光学系统的口径都是圆形,夫朗和费衍射像就是所谓的艾里斑。
这样每个物点的像就是一个弥散斑,两个弥散斑靠近后就不好区分,这样就限制了系统的分辨率,这个斑越大,分辨率越低。
这个限制是物理光学的限制,是光的衍射造成的。
点列图是指在几何光学的成像过程中,由一点发出的许多条光线经光学系统成像后,由于像差的存在,使其与像面的交点不再集中于一点,而是形成一个分布在一定范围内的弥散图形。
在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法称之为点列图法。
利用点列图法来评价照相物镜等的成像质量时,通常是利用集中30%以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑,弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。
这个分辨率是由几何光学的像差限制的,没有考虑衍射效应。
衍射极限公式是sinθ=1.22λ/D。
其中θ是角分辨率,λ是波长,D是光圈直径。
当θ很小时,sinθ约等于tagθ,约等于d/f,其中d是最小分辨尺寸,f是焦距。
推导出d/f=1.22λ/D。
A=d/(1.22λ)。
A是光圈f/值。
当d等于成像元件像素点尺寸p时,A就是衍射极限光圈。
DLA=p/(1.22λ),也就是:衍射极限光圈=像素尺寸/(1.22x光波波长)。
光束质量表征一、光束直径和发散角光束直径指的是光束在垂直于传播方向上的最大宽度,而发散角则指的是光束宽度与光束传播距离之间的关系。
好的光束质量要求光束直径尽可能小,发散角尽可能窄,以保证光束的能量集中度更高,传输效率更高。
二、光束均匀度光束均匀度指的是光束中光强分布的均匀程度。
一个优质的光束应该有较为均匀的光强分布,以保证在传输过程中不会因为光强的不均匀而引起能量损失或者造成不必要的光学效应。
三、光束稳定性光束稳定性指的是光束在传输过程中保持稳定的能力。
一个优质的光束应该具有良好的稳定性,以保证在传输过程中不会因为外界因素的干扰而产生较大的波动或者散射。
四、光束平行性光束平行性指的是光束在传输过程中保持平行性的能力。
一个优质的光束应该具有良好的平行性,以保证在传输过程中不会因为折射、反射等原因而偏离原来的传输方向。
五、光束纯度光束纯度指的是光束中光的波长纯度。
一个优质的光束应该具有较高的波长纯度,以保证在传输过程中不会因为光的散射、反射等原因而产生光的干扰或者影响光学器件的性能。
六、光束聚焦性能光束聚焦性能指的是光束经过透镜或者其他光学元件后聚焦的能力。
一个优质的光束应该具有良好的聚焦性能,以保证在传输过程中能够有效地将光聚焦到所需的点上。
七、光束传输效率光束传输效率指的是光束在传输过程中的能量保持率。
一个优质的光束应该有较高的传输效率,以保证在传输过程中不会因为各种因素而产生过多的能量损失。
影响光束传输效率的因素包括光束直径、发散角、均匀度、稳定性、平行性、纯度和聚焦性能等。
通过对这些因素的优化和控制,可以提高光束的传输效率,降低能量损失,提高光学系统的性能和稳定性。