În producția și utilizarea laserelor, este inevitabil să se implice detectarea și caracterizarea calității fasciculului. M2 și BPP sunt cele două cantități fizice utilizate cel mai frecvent care exprimă calitatea fasciculelor laser. M2 și BPP sunt derivate pe baza aceluiași concept fizic, astfel încât să poată fi convertite între ele.
Motivul pentru care calitatea fasciculului este important este că este o cantitate fizică cheie pentru a judeca calitatea laserului și dacă acesta poate fi prelucrat cu laser de precizie. Pentru multe tipuri de lasere de ieșire cu un singur mod, laserele de înaltă calitate au, de obicei, o calitate ridicată a fasciculului, corespunzând lui M2 foarte mic, ar fi 1,05 sau 1,1. Iar laserul poate menține o bună calitate a fasciculului pe toată durata sa de viață, iar valoarea M2 este aproape neschimbată. Pentru prelucrarea cu laser de precizie, un fascicul laser cu calitate de fascicul înalt este mai propice pentru modelare, efectuând astfel prelucrarea cu laser plat-top fără deteriorarea substratului și fără efecte termice. În utilizarea efectivă, atunci când marcarea specificațiilor laser, M2 este folosit mai ales pentru lasere solid-state și lasere cu gaz, în timp ce BPP este folosit mai ales pentru lasere cu fibre.
de a calibra calitatea fasciculului? Calitatea fasciculului care descrie laserul este de obicei exprimată prin doi parametri: BPP și M². M² este, de asemenea, adesea scris ca M2, care poate fi citit ca M pătrat sau M2. Figura următoare este distribuția longitudinală a fasciculului gaussian, unde raza taliei fasciculului W și unghiul de semieconsie al unghiului de câmp îndepărtat θ.
BPP (Beam Parameter Product) este definit ca raza taliei fasciculului × unghi de divergență de câmp îndepărtat
BPP=W × θ
Unghiul de divergență în jumătate de câmp al fasciculului gaussian:
θ0=λ / ΠW0
M²: raportul dintre produsul parametrului fasciculului și produsul parametrului fasciculului din modul fundamental fascicul gaussian:
M2=(W×θ)/(W0×θ0)=BPP /(λ/Π)
Nu este dificil de găsit din formula de mai sus, în cazul în care BPP nu are nimic de-a face cu lungimea de undă, iar factorul M² este, de asemenea, legată de lungimea de undă laser. Ele sunt în principal legate de proiectarea cavității laser și precizia de asamblare.
Valoarea factorului M² este infinit mai apropiată de 1, indicând raportul dintre datele reale și datele ideale. Când datele reale sunt mai aproape de datele ideale, calitatea fasciculului este mai bună. Adică, atunci când factorul M² este mai aproape de 1, calitatea fasciculului este mai bună, corespunzând cu cât unghiul de divergență este mai mic.
Pentru analiza calității fasciculului, aceasta depinde în principal de analizorul fasciculului pentru măsurare. Analizorul de calitate a fasciculului poate efectua măsurători precise, dar utilizarea unui analizor spot necesită operații complexe, colectarea datelor cu laser transversale din diferite poziții și apoi sintetizarea datelor M² prin programul încorporat al instrumentului. Dacă există erori operaționale sau de măsurare în timpul procesului de eșantionare , Nu aveți posibilitatea să măsurați și să analizați valoarea M². Pentru măsurarea de mare putere, este necesar un sistem complex de atenuare pentru a menține puterea laserului în raza de acțiune măsurabilă, pentru a evita deteriorarea suprafeței de detecție a instrumentului din cauza puterii excesive.
Conform figurii de mai sus, miezul fibrei și diafragma numerică pot fi estimate. Pentru laserele cu fibre, raza taliei fasciculului ω0=diametrul miezului fibrei/2=R, θ=sinα=α=NA (diafragmă numerică a fibrei)
Se poate concluziona din aceasta:
Cu cât BPP este mai mic, cu atât calitatea fasciculului laser este mai bună.
Pentru laserul cu fibre de 1,08um, modul fundamental unic M2=1, BPP=λ/Π=0,344 mm mrad
Pentru laserul CO2 de 10,2um, modul fundamental unic M2=1, BPP=3,38 mm mrad
Presupunând că cele două singur mod fundamental (sau multimode M2 este același) lasere după focalizare, unghiul de divergență este același, apoi diametrul focal al laserului co2 este de 10 ori mai mare decât cel al laserului cu fibre.
Cu cât M² este mai aproape de 1, cu atât este mai bună calitatea fasciculului laserului.
Când fasciculul laser este într-o distribuție gaussiană sau aproape gaussiană, cu cât factorul M² este mai aproape de 1, cu atât laserul este mai aproape de laserul gaussian ideal și cu atât calitatea fasciculului este mai bună.