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高斯光束传播

发布时间:2019/05/17 点击量:
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激光束腰和分布
  为了获 得高斯光束光学的精确原理和限制,有必要理解激光束输出的特性。在TEM(横模和纵模为0)模式下,光是从激光开始辐射,就像一个含有高斯横截发光剖面的 完美平面波,如下图显示。高斯形状被激光内部的尺寸或者某种光学序列的限制光圈在某个直径处被截断。为了指定和论述激光光束的传播特性,我们必须给它的直 径下一些定义。普遍被采用的定义是光束发光(最强烈)峰值,轴向或者数值的地方的直径衰减1/e2(13.5%)。

  衍射效应使光在传播过程中向横向传播。因此它不可能有一个被精确校准的光束。激光光束的传播可以被纯衍射理论精确地预测。异常现象小到在这里可以统统不用 去考虑。在非常平常的情况下,光束传播可以小到被忽略。下面的方程精确地描述了光束的传播,由此可以很容易地看出激光光束的能力和限制。

 

 即使一个高斯TEM(横模和纵模为0)激光光束波阵面在某个平面可以保持非常的平坦,它也需要弯曲并且通过如下的公式传播
   这里的z是当波阵面平坦时从平面上的传播路径,l是光的波长,w是当波阵面平坦时,在平面上1/e2发光轮廓的半径,w(z)是在波传播了距离z以 后,1/e2轮廓的半径,R(z)是在波传播了距离z以后,波阵面的曲率半径。在z=0的条件下,R(z)是无穷大的,在某种有限的z的最小值内传播,并 且当z进一步增大的时候,趋近于无穷大。Z=0平面标记了高斯腰的位置,或者表示波阵面是平坦的地方,这里w0叫做光束腰半径。