MA证书
 CNSA证书
24小时服务热线: 400-1846-454
内部研发报告
caseXqBoxCenterLmenu

激光光束质量的表征

2021-08-25 14:13:08
阅读:
       光束质量是激光的重要性能参数,激光光束质量常用的三种表达方式分别是M2、KF和BPP。M2、KF和BPP和是基于相同的物理概念得出的,各表达方式之间可以相互换算。
       激光光束质量重要的原因是因其为判断激光器好坏,以及是否进行精密加工的一个重要物理参量,对于很多单模输出的激光器,高品质的激光通常具有较高的光束质量,其对应的M2应该越小,如1.03。而且激如果光器能够在使用寿命内能保持很好的光束质量,M2数值是变化不大的。对于激光精密加工,高光束质量的激光光束更有利于整形,从而进行不损伤基底,实现没有热效应的平顶激光加工。在实际使用中,标注激光器光束质量参数时,依据GB/T 15715标识M2的情况较多。
      表征激光光束质量时依据不同使用者习惯M²很多时候也写成M2,所以也读作M平方或M2。下图是高斯光束分布的纵向分布图,其中束腰半径W,远场发散角半角为θ。


激光光束质量的表征(图1)


BPP和M2换算

        BPP(Beam Parameter Product),BPP中文名称是光束参数乘积,定义为束腰半径 × 远场发散角BPP=W×θ
        高斯光束的远场发散角半角:θ0=λ / ΠW0
        M2:光束参数乘积与基模高斯光束的光束参数乘积的比值:M2=(W×θ)/(W0×θ0)=BPP /(λ/Π)
        由以上公式不难发现,其中BPP与波长是无关的,而M²因子与激光波长有关。他们主要于激光器的腔体设计和装配精度有关。
        M2因子数值无限接近于1,表示真实数据和理想数据的比值,当真实数据越接近于理想数据时,则光束质量越好,即当M2因子越接近于1时,则光束质量越好,对应的发散角度越小。

 

光束质量BPP和M2的测量

        对于光束质量的测量,可以利用光束质量分析仪,而使用光斑分析仪配合复杂的操作也能实现,通过不同位置采集激光截面的数据,然后通过仪器内置程序合成M²的数据,如果在采样过程中存在操作失误或测量错误,则无法测量不确定度就偏大。而对于高功率测量,则需要有效的衰减系统,使激光功率保持在可测量的范围内,避免功率过高损坏探测仪器。

激光光束质量的表征(图2)
       
        根据上图,可对光纤纤芯和数值孔径进行估算。对于光纤激光器,束腰半径ω0=光纤芯径/2=R,θ=sinα=α=NA(光纤数值孔径)


BPP和M2数值与光束质量好坏的小结:

       BPP越小,表示激光器的光束质量越好。
       对于1.08um的光纤激光器而言,单基模 M2=1,BPP=λ/Π=0.344 mm mrad
       对于10.6um的CO2激光器,单基模M2=1,BPP=3.38 mm mrad
       假设两种单基模(或者多模M2相同的情况下)激光器聚焦后,发散角一致,则CO2激光器的焦点直径是光纤激光器的10倍。
       M²越接近于1,表示激光器的光束质量越好。
       在激光光束处于高斯分布或近高斯分布时,M²因子越接近于1,则表明实际激光越接近于理想状态高斯激光,光束质量越好。




返回顶部

返回顶部

Hello,欢迎来咨询~
{site.disablemouserightclick}
{site.disablechoose}
{site.disablecopy}