En la ciencia del láser , la calidad del rayo láser define aspectos del patrón de iluminación del rayo y los méritos de las propiedades de propagación y transformación de un rayo láser en particular (criterio de ancho de banda espacial). Observando y registrando el patrón del haz, por ejemplo, se pueden inferir las propiedades de modo espacial del haz y si el haz está siendo cortado por una obstrucción o no; Al enfocar el rayo láser con una lente y medir el tamaño mínimo del punto, se puede calcular el número de veces el límite de difracción o la calidad de enfoque.
Anthony E. Siegman fue el primero en proponer el formalismo de un factor de calidad del rayo láser que se podía medir y utilizar para comparar diferentes rayos, independientemente de la longitud de onda . [1] El factor se llama M 2 y está estrechamente relacionado con el producto del parámetro de la viga . Si bien el factor M 2 no proporciona detalles sobre las características espaciales del haz, sí indica qué tan cerca está de ser un haz gaussiano de modo fundamental . También determina el tamaño de punto más pequeño para el haz, así como la divergencia del haz . M 2 también puede dar una indicación de distorsiones del haz debido, por ejemplo, alente térmica en el medio de ganancia láser , ya que aumentará.
Existen algunas limitaciones para el parámetro M 2 como una métrica de calidad simple. Puede ser difícil medir con precisión y factores como el ruido de fondo pueden crear grandes errores en M 2 . [2] Los haces con potencia en las "colas" de la distribución tienen M 2 mucho más grande de lo que cabría esperar. En teoría, un rayo láser tophat idealizado tiene un M 2 infinito , aunque esto no es cierto para ningún rayo tophat físicamente realizable. Para un rayo Bessel puro , ni siquiera se puede calcular M 2 . [3]
La definición de "calidad" también depende de la aplicación. Si bien un haz gaussiano monomodo de alta calidad (M 2 cercano a la unidad) es óptimo para muchas aplicaciones, para otras aplicaciones se requiere una distribución uniforme de la intensidad del haz multimodo superior . Un ejemplo es la cirugía con láser . [4]
La potencia en el cubo y la relación Strehl son otros dos intentos de definir la calidad del haz. Ambos métodos utilizan un perfilador de rayo láser para medir cuánta potencia se envía a un área determinada. Tampoco existe una conversión simple entre M 2 , potencia en el cubo y relación Strehl.
Definiciones M 2
La ecuación para la divergencia de un haz desenfocado de TEM 00 gaussiano puro que se propaga a través del espacio viene dada por
- , (1)
donde D 00 es el diámetro de la cintura de la viga y λ es la longitud de onda. Los haces de modo más alto a menudo comienzan con una cintura de haz más grande, D 0 , y / o tienen una divergencia más rápida Θ 0 . En este caso, la ecuación (1) se convierte en
- , (2)
donde Θ 0 y D 0 son la divergencia y la cintura de un haz de modo superior y M 2 es mayor que 1 y se denomina " Relación de propagación del haz " según la norma ISO 11146. Cuando se enfoca un rayo láser gaussiano, el diámetro del punto enfocado se define por
- , (3)
donde d 00 es el diámetro ideal del punto enfocado, f es la distancia focal de la lente de enfoque y D 00 es la cintura del haz de entrada y se coloca a una distancia focal de la lente como se muestra en la figura. Sin embargo, cuando se enfoca un haz multimodo , la Ecuación (3) se convierte en
- . (4)
Medida M 2
M 2 no se puede determinar a partir de una medición del perfil de un solo haz. La ISO / DIS 11146 define que M 2 debe calcularse a partir de una serie de mediciones como se muestra en la figura siguiente. [5] M 2 se mide en haces reales enfocando el haz con una lente de posición fija de distancia focal conocida y luego midiendo las características de la cintura y la divergencia del haz. Estas medidas se pueden tomar con un perfilador de rayo láser . [6]
Las múltiples mediciones aseguran que se encuentre el diámetro mínimo del haz y permiten un "ajuste de curva" que mejora la precisión del cálculo al minimizar el error de medición.
Referencias
- ^ Siegman, Anthony E. (5 de febrero de 1993). "Definición, medición y optimización de la calidad del rayo láser" . Proc. SPIE 1868, Resonadores láser y óptica coherente: modelado, tecnología y aplicaciones . 2 . doi : 10.1117 / 12.150601 .
- ^ Siegman, AE (octubre de 1997). "Cómo (quizás) medir la calidad del rayo láser". CiteSeerX 10.1.1.177.3400 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) Presentación del tutorial en la reunión anual de Optical Society of America, Long Beach, California - ^ Borghi, R .; Santarsiero, M. (1 de marzo de 1997). " Factor M 2 de las vigas Bessel-Gauss" (PDF) . Letras de óptica . 22 (5). Código Bibliográfico : 1997OptL ... 22..262B . doi : 10.1364 / ol.22.000262 .
- ^ Fry, Constance L .; Faulkner., Alan R. (eds.). Conceptos actuales en Cirugía Oculoplástica Estética y Reconstructiva .
- ^ ISO 11146: 2005 (E), "Láseres y equipos relacionados con láser: métodos de prueba para anchos de rayo láser, ángulos de divergencia y relaciones de propagación del rayo".
- ^ G. Langer et al., Una cámara web en modo Bayer como perfilador de haz de luz para el infrarrojo cercano, Óptica y Láseres en Ingeniería 51 (2013) 571–575