Параметр М2

Перевод Камили Аушевой

Определение: М² - параметр для количественной оценки качества пучка лазерного луча.
Параметр М², также называемый параметром качества пучка или параметром распространения пучка, это общепринятая величина для определения оптического качества лазерного пучка. Согласно ISO Standard 11146, она определяется как отношение BPP к λ / π, последнее является BPP для дифракционно- ограниченного Гауссова пучка той же длины волны. Другими словами, половина угла расходимости пучка это:

 

 ,

где w₀ радиус пучка в перетяжке пучка, а λ – длина волны. Про лазерный луч часто говорят, что он М² раз дифракционно ограничен. Дифракционно – ограниченный пучок имеет М² единицу, и это Гауссов пучок. Меньшее значение М² физически невозможно. Эрмит-Гауссов пучок, относящийся к TEM_nm моде резонатора, имеет М² (2n+1)по оси x, и (2m+1) по оси y.

Параметр М² лазерного пучка - это мера того, насколько лазерный пучок может быть хорошо сфокусирован, с данной угловой расходимостью, которая часто ограничена числовой апертурой фокусирующей линзы. Совместно с оптической мощностью, параметр качества пучка определяет яркость (более точно, светимость) лазерного пучка.

Для не циркулярно-симметричных пучков, М² может быть различен для двух направлений ортогональных осям пучка и друг другу. В частности в случае диодных линеек, где М² достаточно маленький для быстрой оси и достаточно большой для медленной.

Согласно ISO Standard 11146, М2 может быть рассчитан из измерения изменения радиуса пучка вдоль оси распространения (т.е. так называемой каустики). Должны соблюдаться некоторые правила, такие как относительно точное определение радиуса пучка и детали процедуры аппроксимации. Альтернативные методы основаны на использовании датчиков волнового фронта, к примеру, датчиков Шака-Хартманна, которые требуют характеристики пучка только в одной плоскости.

Отметим, что М² , будучи некоторым цифровым значением, не может считаться полной характеристикой качества лазерного излучения. В реальности качество пучка для конкретных применений может зависеть от параметров, которые не могут быть объединены в одном значении.

Концепция параметра М² позволяет не только характеризовать качество пучка одним числом, но также описать изменение радиуса пучка вдоль луча с помощью простой процедуры, которая позволяет применить анализ гауссовских пучков для описания негауссовских лучей. Это очень удобно для, например, проектирования оптики накачки для диодно накачиваемых лазеров. Однако отметим, что такой подход работает только в случае измерения радиуса пучка D4σ методом, который применим также для не гауссовых пучков; смотреть ISO 11146 стандарт для деталей.