M kare - M squared

Olarak lazer bilimi , parametre M ² olarak da bilinir, ışın yayılma oranı ya da ışın kalite faktörünün bir ölçüsüdür lazer ışın kalitesi . İdeal bir Gauss ışınından bir ışının değişim derecesini temsil eder . Kirişin ışın parametresi ürününün (BPP), aynı dalga boyuna sahip bir Gauss ışınınınkine oranından hesaplanır . Bu ilgilidir ışın ayrıştırma en az bir lazer ışını elde edilebilir nokta büyüklüğünü odaklanmış. Bir için tek modlu TEM ₀₀ (Gauss) Lazer ışını, E ² tam olarak biri. Kiriş parametresi ürününden farklı olarak, M ² birimsizdir ve dalga boyuna göre değişmez.

Bir lazer ışını için M ² değeri, bir özellik olarak lazer endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve ölçüm yöntemi bir ISO Standardı olarak düzenlenmiştir.

Ölçüm

Ticari bir M ² ölçüm cihazı

Bir kirişin genişliğini tanımlamanın birkaç yolu vardır. Işın parametresi ürün ve M ölçülürken ² , tek bir kullanım D4σ ya da "ikinci momenti" genişliği kirişin bel yarıçapı ve uzak alanda sapma iki belirlemek için ışın.

M ² bir yerleştirilerek ölçülebilir dizi detektörü ya da tarama-yarık profilcisini bir ile odaklama sonra bir ışın içinde çoklu pozisyonlarda lens , yüksek optik kalitede ve bilinen odak uzunluğu . M ^2'yi düzgün bir şekilde elde etmek için aşağıdaki adımlar izlenmelidir:

1. Kirişin beline yakın 5 eksenel konumda (kirişin en dar olduğu konum) D4σ genişliklerini ölçün.
2. Belden en az bir Rayleigh uzunluğu uzaklıkta 5 eksenel konumda D4σ genişliklerini ölçün .
3. Ölçülen 10 veri noktasını , ${\ displaystyle W ^ {2} (z) = W_ {0} ^ {2} + M ^ {4} \ sol ({\ frac {\ lambda} {\ pi W_ {0}}} \ sağ) ^ { 2} (z-z_ {0}) ^ {2}}$

İşte kiriş genişliğinin yarısı ve kiriş belinin genişliği ile konumu . 10 veri noktası takılması M verir ² , ve . Siegman , kiriş yarıçapının kiriş genişliğinin D4σ tanımını kullanması koşuluyla , tüm kiriş profillerinin - Gaussian, flat top , TEMxy veya herhangi bir şekil - yukarıdaki denklemi takip etmesi gerektiğini gösterdi. Diğer kiriş genişliği tanımlarını kullanmak işe yaramaz. ${\ displaystyle W (z)}$${\ displaystyle {\ text {D4}} \ sigma (z)}$${\ displaystyle z_ {0}}$${\ displaystyle W_ {0}}$${\ displaystyle z_ {0}}$${\ displaystyle W_ {0}}$

Prensip olarak, bir M hesaplamak için, bu daha sonra kullanmak sapma elde etmek için çok alanda, bel çapı elde etmek için bel kısmında tek bir ölçüm tek bir ölçüm kullanımı olabilir, ve ² . Bununla birlikte, yukarıdaki prosedür pratikte daha doğru bir sonuç verir.

Yarar

M ² , koşutlanmış bir lazer ışınının küçük bir noktaya ne kadar iyi odaklanabileceğini veya ıraksak bir lazer kaynağının ne kadar iyi koşutlaştırılabileceğini yansıttığı için kullanışlıdır . Işın kalitesi için Gauss görünümünden daha iyi bir kılavuzdur çünkü bir ışının Gauss gibi görünebildiği , ancak birlikten uzak bir M ² değerine sahip olduğu birçok durum vardır . Benzer şekilde, bir ışın yoğunluğu profili çok "un Gauss" görünür, ancak M olabilir ² birlik değeri yakın.

Bir kirişin kalitesi birçok uygulama için önemlidir. Olarak fiber optik iletişim M kirişler ² 1'e yakın bağlanması için gerekli olan tek modlu fiber optik .

M ² bir ne kadar sıkı belirler ayarlanmış belirli bir çapta ışın odaklanabilir: odak noktasının çapı M olarak değişir ² ve ışık şiddeti 1 / M, ölçekler ⁴ . Belirli bir lazer boşluğu için , çıkış ışını çapı (koşutlanmış veya odaklanmış) M olarak ölçeklenir ve ışınım 1 / M ² olarak ölçeklenir . Bu, kaynak yerinde yüksek akıcılığa bağlı olan lazer işleme ve lazer kaynakta çok önemlidir .

Genel olarak, bir lazerin çıkış gücü arttıkça M ² artar. Nedeniyle, aynı zamanda mükemmel ışın kalitesi ve yüksek ortalama güç elde etmek güçtür , termal mercekleme içinde lazer kazanç ortamında .

Çok modlu ışın yayılımı

Gerçek lazer ışınları genellikle Gauss dışıdır, çok modlu veya karışık modludur. Çok modlu ışın yayılımı, genellikle ışın beli çok modlu ışınınkinden M kat daha küçük olan "gömülü" Gaussian dikkate alınarak modellenir. Bu durumda , çok modlu ışının çapı , her yerde gömülü Gauss ışınının çapının M katıdır ve ıraksama M kat daha büyüktür, ancak ön dalga eğriliği aynıdır. Çok modlu ışın, ışın alanının M ² katı, ancak gömülü kirişten 1 / M ² daha az ışın yoğunluğuna sahiptir. Bu, herhangi bir optik sistem için geçerlidir ve bu nedenle, çok modlu bir lazer ışınının minimum (odaklanmış) nokta boyutu veya ışın beli, gömülü Gauss ışını belinin M katıdır.

Ayrıca bakınız

• Lazer ışını profilleyici
• Strehl oranı

Referanslar