什么是高斯光束

圖1：高斯光束和平頂光束在相同的光功率下，顯示高斯光束的峰值強(qiáng)度是平頂光束的兩倍

大多數(shù)激光束都是高斯光束，盡管在某些情況下，具有非高斯輻照度分布是有益的。隨著離激光束橫截面中心的距離增加，高斯光束的對(duì)稱輻照度分布減小。平頂光束通過激光束的橫截面具有恒定的輻照度分布。一些應(yīng)用受益于給定區(qū)域的恒定強(qiáng)度，包括半導(dǎo)體晶片的處理、高功率水平下的非線性頻率轉(zhuǎn)換和材料處理。與高斯光束相比，平頂光束通常會(huì)產(chǎn)生更準(zhǔn)確和可預(yù)測(cè)的結(jié)果，如更清晰的切割和更鋒利的邊緣，但它們會(huì)帶來額外的系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

高質(zhì)量的單模激光器產(chǎn)生低階高斯輻照度分布，即TEM00模式。與平頂激光束具有相同平均光功率的高斯激光束的峰值通量是平頂激光束的兩倍(圖2)。高斯光束在變換下保持不變;因此，當(dāng)光束在系統(tǒng)中傳播時(shí)，即使光束大小發(fā)生變化，光束輪廓仍然是高斯的。這是因?yàn)楦咚购瘮?shù)的傅立葉變換是另一個(gè)高斯函數(shù)。光通過無限遠(yuǎn)的傳播或通過完美的透鏡聚焦來進(jìn)行傅立葉變換。

高斯激光器比其他激光器更常見，也更具成本效益，但它們有幾個(gè)缺點(diǎn)，例如它們的“側(cè)翼”或從光束的可用中心部分延伸出來的低強(qiáng)度區(qū)域。如果高斯光束的翼的強(qiáng)度低于應(yīng)用所需的閾值，則通常會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)(圖1)。它們還可能對(duì)周圍區(qū)域造成損害，并擴(kuò)大熱影響區(qū)，這在激光手術(shù)和精確材料加工等應(yīng)用中是有害的。由于高斯光束的熱影響區(qū)延長(zhǎng)，使用高斯光束切割或塑造精細(xì)特征的精度將低于平頂光束，使平頂光束成為此類應(yīng)用的更好選擇。

審核編輯 黃宇