Расходимость луча - Beam divergence

В электромагнетизм, особенно в оптика, расходимость луча является угловой мерой увеличения диаметр луча или же радиус с удалением от оптическая апертура или же отверстие антенны из которого выходит луч. Термин актуален только в разделе "дальнее поле ", вдали от фокус балки. На практике, однако, дальнее поле может начинаться физически близко к излучающей апертуре, в зависимости от диаметра апертуры и рабочей длины волны.

Расходимость луча часто используется для характеристики электромагнитных лучей в оптическом режиме, в случаях, когда апертура, из которой выходит луч, очень велика по сравнению с длина волны. Однако он также используется в радиочастота (РФ) группа для случаев, когда антенна очень велика по отношению к длине волны.

Под расходимостью луча обычно понимают луч круглого сечения, но это не обязательно так. Луч может, например, иметь эллиптическое поперечное сечение, и в этом случае ориентация расходимости луча должна быть указана, например, относительно большой или малой оси эллиптического поперечного сечения.

Расходимость луча можно вычислить, если знать диаметр луча в двух разных точках, удаленных от любого фокуса (D_я, D_ж), а расстояние (л) между этими точками. Расходимость пучка, ${\displaystyle \Theta }$, дан кем-то

${\displaystyle \Theta =2\arctan \left({\frac {D_{f}-D_{i}}{2l}}\right).}$

Если коллимированный пучок сосредоточен с линза, диаметр ${\displaystyle D_{m}}$ пучка в задней фокальной плоскости линзы связана с расходимостью исходного пучка соотношением

${\displaystyle \Theta ={\frac {D_{m}}{f}},\,}$

куда ж - фокусное расстояние объектива.^[1] Обратите внимание, что это измерение действительно только тогда, когда размер луча измеряется в задней фокальной плоскости линзы, то есть там, где фокус будет лежать для действительно коллимированного луча, а не в фактическом фокусе луча, который будет находиться позади задней фокальная плоскость для расходящегося пучка.

Как все электромагнитные лучи, лазеры подвержены расхождению, которое измеряется в миллирадианы (мрад) или градусы. Для многих приложений предпочтительнее пучок с меньшей расходимостью. Если пренебречь расходимостью из-за плохого качества луча, расходимость лазерного луча пропорциональна его длине волны и обратно пропорциональна диаметру луча в его самом узком месте. Например, ультрафиолетовый лазер, излучающий на длине волны 308 нм, будет иметь меньшую расходимость, чем инфракрасный лазер на 808 нм, если оба имеют одинаковый минимальный диаметр луча. Расходимость лазерных лучей хорошего качества моделируется с использованием математики Гауссовы пучки.

Гауссовские лазерные лучи называются ограниченная дифракция когда их радиальная расходимость пучка ${\displaystyle \theta =\Theta /2}$ близко к минимально возможному значению, которое определяется выражением^[2]

${\displaystyle \theta ={\lambda \over \pi w},}$

куда ${\displaystyle \lambda }$ - длина волны лазера и ${\displaystyle w}$ - радиус луча в самом узком месте, которое называется «перетяжкой луча». Этот тип расходимости луча наблюдается в оптимизированных лазерных резонаторах. Информация о дифракционной расходимости когерентного пучка по сути дается N-щелевое интерферометрическое уравнение.^[2]

Смотрите также

• Профилировщик лазерного луча
• Ширина лазерной линии

Рекомендации

1. «Измерение расходимости лазерного луча». Получено 30 марта, 2015.
2. Дуарте, Франсиско Дж. (2015). "Глава 3". Настраиваемая лазерная оптика (2-е изд.). Нью-Йорк: CRC. ISBN  9781482245295.

внешняя ссылка

• Калькулятор лазерной расходимости
• Интерактивный график расходимости пучка
• [1]