激光器因其准直良好的单波长电磁波束而备受青睐。低发散、单波长辐射和广泛的可用激光功率范围使其成为工业和研究中最有价值的材料加工工具之一。
激光束发散角是激光器制造商和需要控制其激光光斑尺寸的用户等需要了解的一个重要参数。从激光焊接应用到晶圆切割或眼科手术，了解光束发散度对于构建功能设置和将能量精确地引导到给定过程所需的位置是必不可少的。
在这里，我们介绍有关激光束发散测量的重要概念。
什么是激光束发散角?
对于圆形光束，发散度定义为光束直径如何随着与激光孔径的距离而增加的角度测量值。它以毫弧度(mrad)或度( ° ) 为单位进行测量。
激光束发散是因为它们需要一个无限细和长的原子腔，沿一个方向共振发射光子，以获得无限距离的准直光束。现实生活中并非如此：例如，考虑到越来越多的工业应用，如焊接、切割或熔覆，使用在光纤输出端具有较大发散的光纤激光器，处理发散是不可避免的。
更准确地说，发散度定义为光束在远场(即距光束焦点的距离远大于瑞利长度)扩展的角度，以光束腰的中间为参考。瑞利长度 Zr 是沿传播轴从束腰到光束横截面面积加倍处的距离。
x 和 y 方向的发散半角定义为 θ = Div/2。
激光束发散度测量完全取决于光束尺寸。通过设计，圆形激光束通常具有从光束中心到边缘的高斯型能量密度分布(或辐照度)。那条钟形曲线告诉你大部分光束能量位于光束的中心，沿着传播轴。
理论高斯光束横截面。激光束发散公式
对于圆形高斯光束，发散的最小可实现值由以下简单公式给出：
是激光波长和光束自然腰：它沿 z 轴的最小尺寸。
当测得的发散度接近θ 0时，高斯激光束被称为衍射极限。
下面介绍如何轻松测量激光束发散角。
有人会认为需要沿着激光的传播轴移动相机才能测量发散，但实际上并非如此!
我们都知道，要获得激光束的 M 2 因子(也称为光束质量因子)，必须同时测量发散角θ和束腰 ω 0，这确实需要沿 z 轴移动实际找到腰部并测量其尺寸。
M 2 因子是无量纲的，是激光束质量的指标，可量化光束传播与相同波长的理论高斯光束传播的接近程度。
测量 M 2 因子需要为光束质量分析仪使用移动平台，以及透镜和对准镜。它增加了一层关于光束质量的额外信息，在这里，我们不需要沿 z 轴获得多个光束直径值来计算发散度。
第一步是在相机和激光之间放置一个无像差聚焦镜头。关键是将镜头放在激光束的远场，并将相机传感器正好放在镜头的焦点处(而不是光束腰部)。
这个时候，就是要计算了!两个主轴(x 和 y)的发散由下式给出：
ω f 是距 镜头 距离为f的聚焦点的宽度，f 是激光波长下镜头的焦距。请注意，焦距与波长有关，因此请确保从镜头供应商处获得正确的值。
这种方法也适用于非高斯光束。无需测量焦点前后的光束直径;这就是这个设置的美妙之处。如果将镜头换成另一个焦距，焦点处的光束大小会有所不同，但如果相机在焦点处的位置很好，测得的发散度将是相同的。
我们可以控制激光束的发散吗?
例如，使用高功率光纤激光器时，样品通常会在接近光纤输出端的位置进行处理，但发散是通过使用光学扫描仪来控制和修改的，该扫描仪可以在待处理样品上提供所需的光束大小。
准直器也可用于低功率光纤激光器应用，例如电信应用和各种二极管激光器。继续测试各种光学器件，评估它们如何影响激光束大小。激光束的自然发散通常被用来扩大光束尺寸并符合激光功率计功率测量的功率密度损伤阈值。
