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;
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