高斯光束质量评价

基模高斯光束传播特性:

简化如下:

高斯光束质量评价方法:

1. 远场发散角θ

激光能不能是平行的光束?

答:当然不能。

Why?

看基模高斯光束简化图:

束腰和远场发散角的关系:

如果要使得激光光束平行,即发散角θ=0,则光束的束腰ω0无穷大,这显然不可能;

举个典型的例子,

某家FP Chip的发散角为θ∥=17°,θ⊥=35°;

某家DFB Chip的发散角为θ∥=20°,θ⊥=30°;

某家EML Chip的发散角为θ∥=28°,θ⊥=30°;

远场发散角是可以直接测量的:

2. 聚焦光斑尺寸

我们先来看普通球面波(相位面为球面,其能量均匀分布)

设光学系统焦距为f,光阑为D,波长为λ,则聚焦光斑(严格来讲,专业术语叫艾里斑)尺寸为d:

What‘s 艾里斑?

艾里斑指的是点光源通过理想(无像差)透镜时,理论来讲应该是成像也为一个点,但实际是明暗相间的衍射光斑,最内环的光斑就称为艾里斑。

光学有个名词叫做“衍射受限系统”,啥意思呢?

即光学系统完美到了极限,仅仅受衍射的影响;

所以有没有无衍射现象的光斑呢?

答:没有,因为光不仅有粒子性,还有波动性,衍射是波动光学的固有现象。

上面是针对球面波来讲的,可以用几何光学模型来解说:

聚焦光斑越小,光束质量越好;

然而,高斯光束的变换如下:

这种评价方法存在1个问题:

因为高斯光束的聚焦光斑越小,其瑞利长度也短,而我们尽量是想得到较长的瑞利长度的,因此用光斑尺寸来评价高斯光束是不理想的。

3. β值

正常β>1,衍射极限时β≈1,越接近1,光束质量越好;

4. 光束参数乘积 BPP(Beam parameter product)

基模高斯光束:ω=ω0,θ=λ/πω0带入上式得,BPP=λ/π;

高阶模高斯光束:ω>ω0,BPP>λ/π;

BPP值越大,光束质量越差;

对于基模高斯光束,BPP是个定值;

ω--高斯光束近场特性;

θ--高斯光束远场特性;

由此看出,BPP同时包含了高斯光束的近场和远场特性;

5. 斯特列尔比SR

正常SR

6. M2因子

M2因子越大,光束质量越差;

M2因子=1时,为理想高斯光束(基模高斯光束);

M2因子的评价方法,综合了上述几种评价方法的优点;

M2因子是迄今为止,最全面、应用最广泛的高斯光束的评价方法;

Zemax中高斯光束的设定如下:

NA=0.1,即sinθ=0.1,θ=5.7°;

这里设定的是半角为5.7°的基模高斯光束;

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:

相关文章

推荐文章

'); })();