Produkt paprskového parametru - Beam parameter product

v laserová věda, produkt parametru paprsku (BPP) je produktem a laser paprsek divergence úhel (poloviční úhel) a poloměr paprsku v nejužším bodě ( paprsek pas ).^[1] BPP kvantifikuje kvalitu laserového paprsku a to, jak dobře může být zaostřen na malé místo.

A Gaussův paprsek má nejnižší možný BPP, ${displaystyle lambda / pi}$, kde ${displaystyle lambda}$ je vlnová délka světla.^[1] Poměr BPP skutečného paprsku k ideálnímu Gaussovskému paprsku se stejnou vlnovou délkou se označuje M² ("M na druhou "). Tento parametr je měřítkem kvality paprsku nezávislé na vlnové délce.

Kvalita paprsku je důležitá pro mnoho aplikací. v optická komunikace paprsky s M.² pro připojení k jednovidové optické vlákno. Laserové dílny se o M hodně starají² parametr jejich laserů, protože paprsky zaostří na oblast, která je M⁴ krát větší než u Gaussova paprsku se stejnou vlnovou délkou a šířkou pasu D4σ; jinými slovy, plynulost váhy jako 1 / M⁴. Pravidlem je, že M.² se zvyšuje výkon laseru. Je obtížné získat vynikající kvalitu paprsku a vysoký průměrný výkon (100 W až kWs) kvůli tepelná čočka v laserový zisk střední.

Měření

Existuje několik způsobů, jak definovat šířku paprsku. Při měření součinu parametru paprsku a M², jeden používá Šířka D4σ nebo „druhý moment“ paprsku k určení poloměru pasu paprsku a odchylky ve vzdáleném poli.^[2]

BPP lze snadno měřit umístěním detektor pole nebo skenovací štěrbinový profiler ve více polohách uvnitř paprsku po jeho zaostření pomocí a objektiv vysoké optické kvality a známé ohnisková vzdálenost. Chcete-li správně získat BPP a M.² je třeba dodržovat následující kroky:^[3]

1. Změřte šířky D4σ v 5 osových polohách poblíž pasu paprsku (místo, kde je paprsek nejužší).
2. Změřte šířky D4σ v 5 axiálních polohách alespoň v jedné Rayleighova délka od pasu.
3. Přizpůsobte 10 naměřených datových bodů ${displaystyle W ^ {2} (z) = W_ {0} ^ {2} + M ^ {4} vlevo ({frac {lambda} {pi W_ {0}}} vpravo) ^ {2} (z-z_ {0}) ^ {2}}$,^[4] kde ${displaystyle W (z) = 2sigma (z) = {frac {1} {2}} {ext {D4}} sigma (z)}$ a ${displaystyle sigma ^ {2} (z)}$ je druhý moment distribuce ve směru x nebo y (viz část o šířce paprsku D4σ) a ${displaystyle z_ {0}}$ je umístění pasu paprsku s šířkou druhého momentu ${displaystyle sigma _ {0}}$. Přizpůsobení 10 datových bodů přináší M², ${displaystyle z_ {0}}$, a ${displaystyle sigma _ {0}}$. Siegman ukázal, že všechny profily paprsků - Gaussian, plochý vršek, TEMxy, nebo jakýkoli tvar - musí dodržovat výše uvedenou rovnici za předpokladu, že poloměr paprsku používá definici D4σ šířky paprsku. Použití jiných definic šířky paprsku nefunguje.

V zásadě lze použít jediné měření v pase k získání průměru pasu, jediné měření ve vzdáleném poli k získání divergence a poté je použít k výpočtu BPP. Výše uvedený postup však v praxi přináší přesnější výsledek.

Vysoce výkonné lasery, jaké se používají například v laserové svařování a řezání se obvykle měří pomocí a dělič paprsků vzorek paprsku. Vzorkovaný paprsek má mnohem nižší intenzitu a lze jej měřit skenovacím zářezem nebo profilovačem na ostří nože. Dobrá kvalita paprsku je při laserovém svařování a řezání velmi důležitá.^[5]

Viz také

• Seznam laserových článků

Reference

Další čtení

• Wang, Zuolan; Drovs, Simon; Segref, Armin; Koenning, Tobias; Pandey, Rajiv (2011). Výpočet parametru produktu s diodovým laserovým paprskem a pravidla pro optimalizovaný design (PDF). SPIE Lase. Photonics West. Papír 7918-8. San Francisco, CA, USA.