激光器的光束質量品質因子M?2

在激光器的設計和生產過程中，光束質量是衡量激光光束優(yōu)劣的一項重要指標。在激光發(fā)展過程中，針對不同的應用目的，曾用多種參數來評價光束質量，例如聚焦光斑尺寸、遠場發(fā)散角等等。但是由于激光束經過光學系統(tǒng)后，束腰尺寸和發(fā)散角均可以發(fā)生改變，減小腰斑半徑必然會使發(fā)散角增大，因此單獨使用發(fā)散角或腰斑尺寸來評價光束質量是不科學的。為了克服常用光束質量評價方法的局限性，近年來國際光學界發(fā)展出一種表征激光光束質量的參量——品質因子M2

光束質量是激光束可聚焦程度的度量。描寫激光光束品質因子的M2定義為：

式中，w 和 w0 分別為實際光東和基橫模高斯光束的束腰半徑;0和00,分別是實際光束和基橫模高斯光束的遠場發(fā)散角。從定義中可以看出M2因子是以理想高斯光束即基橫模TEM00的作為比較標準的。

基橫模高斯光束的束腰半徑和遠場發(fā)散角的表達式如下:

式中，入為光波波長，L為激光器的腔廠,不難看出，基橫模高斯光束的束腰半徑和遠場發(fā)散角的乘積為一個常量

即使采用各種光學變換方法，例如聚焦或準直來減小東腰半徑或者壓縮遠場發(fā)散角，w000也總是個常量，因此束腰半徑與遠場發(fā)散角的乘積反映了基橫模高斯光束的固有特性，這樣就避免了只用光斑尺寸或只用發(fā)散角作為光束品質判據所帶來的不確定性，作為比較的標準，基橫模高斯光束的M2=1。也就是說，基橫模高斯光束有最好的光束品質。

由厄密-高斯函數表征的高階高斯光束用TEMmn來表示，其中，m和n分別表示場在x和y方向的節(jié)線數，不同 m 和n的模具有不同的橫向場分布，稱為橫模，當m=0且n=0時，對應TEM00如模式，稱為基橫模。高階厄密-高斯光束在x和y方向上的M2分別為:

顯然，高階厄密-高斯光束的M2大于基橫模的M2。并且隨著模階數 m 或n的增加，其光腰半徑及發(fā)散角與基橫模高斯光束相比偏差越來越大，光腰半徑與遠場發(fā)散角之積越大，光東質量也就越差。

由拉蓋爾-高斯函數表征的高階高斯光東也用TEMmn來表示，m 表示光束沿徑向的節(jié)線圓的數目n 表示光束沿福角方向的節(jié)線數目，其品質因子M2=m+2n+1

同樣，隨著模階數 m或n的增加，其光腰半徑及發(fā)散角與基模高斯光束相比偏差越來越大光腰半徑與遠場發(fā)散角之積越大，光束質量也就越差。

審核編輯 黃宇