从制造到食品再到医疗保健，激光技术有着广泛的应用。然而，激光技术的有效性很大程度上受到激光束质量的影响。下面描述了测量激光束质量的过程。
M2
这是决定激光束质量的重要参数。将此因子与高斯光束的形状进行比较。根据ISO标准11146，M2因子的值为：
M2 = πw0θ/λ
这里，w0是光束腰，θ是激光发散角，λ是振荡波长。
高斯光束的发散角可以使用以下公式得出：
θ = λ/πw0
通过将发散角纳入方程中，M2因子使我们能够准确计算出M2因子的值。插入发散角后，M2 的最终方程变为：
M2 = πw0/λ×λ/πw0
如果M2系数的值为1，则代表衍射极限高斯光束。M2因子的值大于1表明激光束偏离理想的高斯光束。但M2因子的值不能小于1。
对于激光束聚焦到一个点的应用，需要计算 M2 系数。该值表示激光聚焦的有效性。M2 值越低表示光斑越强且聚焦效果越佳。。
ISO 11146 标准记录了沿传播轴的近场和远场不同位置处的五个光束半径测量值。在某些情况下，特定平面中的横截面可能表现为高斯分布。然而，实际的光束传播与高斯光束有很大不同。在这种情况下，激光束的发散角会增加。
光束参数积(BPP)
光束参数积 (BPP)是评估激光束质量的另一个重要参数。根据ISO 100标准，BPP计算如下：光束半径与光束发散半角的乘积。光束半径测量在光束腰处进行，半角光束发散度在远场确定。
以下等式显示了 BPP 和 M2 因子之间的关系。
BPP = M2λ/π = πw0θ
该方程表明梁参数积为：与M2系数成正比。这意味着具有大BPP值的激光束与高斯光束不同并且质量较差。λ/π是可实现的最小值。这对应于理想的高斯光束。
环围功率Power in The Bucket
该参数常用于高功率激光应用和材料加工。它用于确定光束质量和传播。桶中的功率是指传递到锥体中的激光功率的量。它以角度单位 λ/D 计算，称为“桶”。这里，λ表示激光束的波长，D表示初始光束的特征尺寸。
由于该参数缺乏行业标准，通常以垂直或水平光束质量来衡量。以下等式表示垂直和水平光束质量：
Vertical Beam Quality = √Ideal Power in Bucket/ Actual Power in Same Bucket
Horizontal Beam Quality = Actual Beam Radius at a Given Power/ Ideal Beam Radius at the Same Power
与其它两个参数一样，桶中的低功率代表激光束的高质量。
为什么了解激光束质量很重要?
激光器用于多个领域。这些领域的最终产品的精度取决于激光束的质量。以下概述了了解激光束质量的重要性：
1、对激光切割的影响
激光切割涉及使用高能激光束切割坚硬和敏感的材料。发散度较小且焦点清晰的高质量激光束可帮助您实现精确切割。相反，光束质量差会损坏材料，导致材料浪费。
质量更好的激光束可以产生干净的切口，并且毛边最少。它最大限度地减少了后处理的要求，从而最大限度地减少了激光切割的总体成本和工作量。可以节省大量成本和时间。
2、对激光打标和雕刻的影响
激光打标是在多个行业中使用的另一种流行技术。光束的质量确保雕刻的一致性和精细度。它还可以帮助您实现详细标记。此外，低发散角可提供集中的光束，从而实现材料的有效蒸发。
激光束的模式也会影响激光打标的质量。高斯模式的激光束比平顶模式提供更集中、更锐利的光束。光束形状是影响激光打标结果的另一个因素。
3、对激光处理的影响
激光产生的高能光束可以熔化和汽化材料。高质量激光机可产生精确聚焦的光束。它最大限度地减少了材料损坏和材料浪费的风险。
在处理昂贵的材料时，必须采用优化的激光束宽度，以最大限度地提高材料的利用率和最终产品的安全性。
4、对结果的影响
了解激光束的质量能够优化激光机以获得特定的结果。由于光束的质量会影响结果，因此可以最大限度地减少最终产品中的缺陷和不一致。
测量激光束质量的技术和工具
已经开发了多种工具和技术来精确测量激光束质量。以下是测量激光束质量的一些常用技术和工具：
1、镜头
透镜是测量和分析激光束质量的重要工具。能够将光束聚焦在所需的位置。使用已知其特性的标准透镜可以方便地确定束腰的位置。了解光束腰的位置使能够在最佳距离测量光束直径，从而准确计算 M2 系数。
2、光束分析仪
光束分析仪是专门设计的设备，用于捕获和分析激光束的空间强度分布。在光束分析仪使用的各种技术中，刀口技术和相机技术是最常见的。
刀口技术采用狭缝或旋转刀片在激光束到达功率计进行检测之前将其切割。激光束的强度作为时间的函数进行测量。该算法有助于重建原始光束轮廓。
相机技术直接照亮相机传感器。激光束被引导到平坦的漫射表面，透镜将光引导到 CCD(电荷耦合器件)上。能够创建大直径光束的光束轮廓。
3、尺子
测量激光束质量时不需要任何特殊工具即可准确测量距离。为此需要使用尺子。使用尺子的主要目的是确定传感器和焦点之间的正确距离。
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