빔 파라미터 제품

레이저 과학에서 빔 매개변수 제품(BPP)은 레이저 빔의 발산 각도(반각)와 가장 좁은 지점(빔 허리)에서 빔의 반지름의 산물이다.^[1]BPP는 레이저 빔의 품질을 정량화하고, 그것이 얼마나 작은 지점에 집중될 수 있는지를 정량화한다.

가우스 빔은 가능한 가장 낮은 BPP인 $\lambda /\pi$ / $\lambda /\pi$ ${\displaystyle \lambda$ /\ $pi$ }을(^[1]를) 가지고 있으며 $\lambda /\pi$ 여기서 $\lambda$ ${\displaystyle \lambda$ }은 빛의 파장이다 $\lambda$ .동일한 파장에서 실제 빔의 BPP와 이상적인 가우스 빔의 BPP의 비율은 M²("M 제곱")으로 표시된다.이 매개변수는 파장에 독립적인 빔 품질 측정이다.

빔의 품질은 많은 용도에 중요하다.광섬유 통신 빔에서² M이 1에 가까운 광섬유 빔은 단일 모드 광섬유와 결합하기 위해 필요하다.레이저 기계 가게는 레이저의 M 매개변수에² 대해 많은 관심을 기울인다. 왜냐하면 빔은 파장과 허리 폭이 같은 가우스 빔의 M 배보다 더 큰⁴ 영역에 초점을 맞출 것이기 때문이다. 즉, 광도는 1/M로⁴ 스케일된다.경험의 법칙은 레이저 파워가 증가함에 따라 M이² 증가한다는 것이다.레이저 게인 매질 내 열렌즈링으로 인해 우수한 빔 품질과 높은 평균 전력(100W~kWs)을 얻기 어렵다.

측정

빔의 폭을 정의하는 방법에는 여러 가지가 있다.빔 매개변수 제품과² M을 측정할 때 빔의 D4㎛ 또는 "제2모멘트" 폭을 사용해 빔의 허리의 반지름과 원장의 차이를 모두 결정한다.^[2]

BPP는 높은 광학적 품질과 알려진 초점 길이의 렌즈로 초점을 맞춘 후 어레이 검출기나 스캐닝-슬릿 프로파일러를 빔 내의 여러 위치에 배치하면 쉽게 측정할 수 있다.BPP와 M을² 올바르게 획득하려면 다음 단계를 따라야 한다.^[3]

빔 허리에 가까운 5개의 축 위치(빔이 가장 좁은 위치)에서 D4㎛ 폭을 측정한다.
최소 1개의 Rayley 길이에서 허리에서 5개의 축 위치에서 D4㎛ 폭을 측정한다.
측정된 10개의 $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ 점을 $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ( z $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ) $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ = $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ + $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ( $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ 0 $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ) 2 $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ( $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ - $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ) $W^{2}(z)=W_{0}^{2}+M^{4}\left({\frac {\lambda }{\pi W_{0}}}\right)^{2}(z-z_{0})^{2}$ ${\$ W $^{2}(z)=$ 에 장착한다.이 분포의 x나 y방향에서 W(z)=2σ(z))12D4 σ(z){\displaystyle W(z)=2\sigma(z)={\tfrac{1}{2}}{\text{D4}}\sigma(z)}과σ 2(z){\displaystyle \sigma ^{2}(z)}W_ᆳ^ᆴ+M^ᆵ\left({\frac{\lambda}{\pi W_{0}}}\right)^ᆶ(z-z_{0})^{2}},[4]은 2차 모멘트 D에( 보다가 섹션4σ빔 웨이스트의σ 0{\displaystyle \sigma_{0}의 2차 모멘트 폭 빔 너비 x, z0{\displaystyle z_{0}}은 위치}. Fitting 수익률 M2, z0{\displaystyle z_{0}}, σ 0{\displaystyle \sigma_{0}}. Siegman은 모든 빔 프로파일 — 보여 준 10데이터 포인트 가우스, 평평한 top,. tEMxy 또는 어떤 형태라도 빔 반경이 빔 폭의 D44 정의를 사용한다면 위의 방정식을 따라야 한다.빔 폭의 다른 정의를 사용하는 것은 작동하지 않는다.

원칙적으로 허리에 한 번 측정하여 허리 지름을 얻고, 먼 장에 한 번 측정하여 차이를 얻은 다음 이를 사용하여 BPP를 계산할 수 있다.그러나 위의 절차는 실제로 보다 정확한 결과를 제공한다.

레이저 용접 및 절단에 사용되는 것과 같은 고출력 레이저는 일반적으로 빔플리터를 사용하여 빔을 샘플링하는 방식으로 측정된다.샘플링된 빔은 강도가 훨씬 낮으며 스캔 슬릿 또는 칼날 프로파일러로 측정할 수 있다.레이저 용접 및 절단 작업에서 좋은 빔 품질은 매우 중요하다.^[5]

참고 항목

참조

^ ^a ^b Paschotta, Rüdiger. "Beam parameter product". Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics. Archived from the original on 18 October 2006. Retrieved 2006-09-22.
^ A. E. Siegman, "레이저 빔 품질 측정 방법 (아마도) 방법," 1997년 10월 캘리포니아 롱비치 광학 협회 연례 회의에서 자습서 발표.
^ ISO 11146-1:2005(E), "레이저 및 레이저 관련 장비 - 레이저 빔 폭, 발산 각도 및 빔 전파 비율의 테스트 방법 - 제1부: 오명 및 단순 난시 빔"
^ A. E. Siegman, "레이저 빔 품질 측정 방법 (아마도) 방법" 1997년 10월 캘리포니아 주 롱 비치 광학 학회 연례 회의의 튜토리얼 프레젠테이션 (참고 3페이지의 방정식에 오타가 있다).올바른 형식은 9페이지의 방정식에서 나온다.)
^ Aharon, Oren (February 20, 2014). Dorsch, Friedhelm (ed.). "High power beam analysis". Proc. SPIE. High-Power Laser Materials Processing: Lasers, Beam Delivery, Diagnostics, and Applications III. 8963: 89630M. Bibcode:2014SPIE.8963E..0MA. doi:10.1117/12.2036550. S2CID 122675242.

추가 읽기

Wang, Zuolan; Drovs, Simon; Segref, Armin; Koenning, Tobias; Pandey, Rajiv (2011). Fiber coupled diode laser beam parameter product calculation and Rules for optimized design (PDF). SPIE Lase. Photonics West. Paper 7918-8. San Francisco, CA, USA.

[RP-1] Paschotta, Rüdiger. "Beam parameter product". Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics. Archived from the original on 18 October 2006. Retrieved 2006-09-22.

[2] A. E. Siegman, "레이저 빔 품질 측정 방법 (아마도) 방법," 1997년 10월 캘리포니아 롱비치 광학 협회 연례 회의에서 자습서 발표.

[ISO11146-1-3] ISO 11146-1:2005(E), "레이저 및 레이저 관련 장비 - 레이저 빔 폭, 발산 각도 및 빔 전파 비율의 테스트 방법 - 제1부: 오명 및 단순 난시 빔"

[Siegman_p9-4] A. E. Siegman, "레이저 빔 품질 측정 방법 (아마도) 방법" 1997년 10월 캘리포니아 주 롱 비치 광학 학회 연례 회의의 튜토리얼 프레젠테이션 (참고 3페이지의 방정식에 오타가 있다).올바른 형식은 9페이지의 방정식에서 나온다.)

[5] Aharon, Oren (February 20, 2014). Dorsch, Friedhelm (ed.). "High power beam analysis". Proc. SPIE. High-Power Laser Materials Processing: Lasers, Beam Delivery, Diagnostics, and Applications III. 8963: 89630M. Bibcode:2014SPIE.8963E..0MA. doi:10.1117/12.2036550. S2CID 122675242.

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