確定光斑大小

一影響光斑大小因素

    激光光斑尺寸對(duì)于激光的使用有著至關(guān)重要的影響。如在進(jìn)行激光切λ割時(shí)，需要將一束激光聚焦在一塊盡可能小的光斑上。如果需使功率密度最大以進(jìn)行精密切割，這是完全必需的。光斑大小受多種因л素的影響。其中最重要的因素有：（1） 激光模式 (M2)；（2）衍射；（3）球差。

（1）激光模式M2

激光模式是由激光器和光束傳輸系統(tǒng)決定的。M2 表示某條特定光束在傳播過(guò)程中的發(fā)散速度；對(duì)于一條理想的 TEM00 激光光束而言， M2=1。這個(gè)參數(shù)是用高級(jí)儀表測(cè)出的，激光器制造商的規(guī)格中也會(huì)提供這一參數(shù)。

（2）衍射

光具有波的性質(zhì)，因此不可避免地會(huì)出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，該現(xiàn)象存在于所有的光學(xué)系統(tǒng)中，能夠決定這些系統(tǒng)在性能方面的理論限值。衍射會(huì)使光束在傳播過(guò)程中發(fā)生橫向擴(kuò)展。如果在對(duì)某個(gè)準(zhǔn)直激光光束進(jìn)行聚焦時(shí)使用的是一個(gè)“理想”透鏡，那么光斑的大小將只受衍射作用的影響。計(jì)算衍射光斑大小的公式如下：

f 為透鏡的焦距 ；

D為輸入光束在透鏡處的直徑（在 1/e2 點(diǎn)處） ；

k 是一個(gè)折射率函數(shù) ；

λ 激光波長(zhǎng)；

M2激光模式。

衍射產(chǎn)生的最重要的影響是，它使光斑大小隨焦距線性增加，但與光束的直徑成反比。因此，如果某個(gè)特定透鏡的輸入激光光束直徑增加，由于衍射變?nèi)�，光斑�?huì)變小。而且，如果對(duì)于某個(gè)特定激光光束，當(dāng)焦距減小時(shí)，光斑也會(huì)變小。

(3)球差

   如果用一個(gè)理想透鏡，對(duì)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直處理的同軸光線進(jìn)行聚焦。所有通過(guò)光學(xué)元件軸心的光線將形成一個(gè)光斑，光斑的尺寸就只受衍射影響的。不過(guò)，許多透鏡都會(huì)受到球差的影響。球差帶來(lái)的后果是，與那些穿過(guò)透鏡中央的光線相比，那些穿過(guò)透鏡邊緣的光線與光軸的交點(diǎn)離透鏡更近，球差會(huì)使光斑的尺寸增大，并將最佳聚焦點(diǎn)移到與計(jì)算出的有效焦距不同的位置上。

球差是一個(gè)與多種因素有關(guān)的函數(shù)，這些因素包括透鏡形狀、朝向和折射率。例如，如要使冕玻璃透鏡聚焦的可見光光斑最小，那么最好采用雙凸透鏡的形狀。反之，如果是硒化鋅透鏡用在10.6µm波長(zhǎng)，那么最好將其設(shè)計(jì)為凹凸透鏡來(lái)盡量減小光斑尺寸。

在特定環(huán)境下的實(shí)際光斑大小是由光線的軌跡決定的；不過(guò)，您可以利用公式，估算出在使用最佳形狀的透鏡時(shí)，由球差帶來(lái)的光斑大小，即：