Was ist der Strahldurchmesser?
Der Strahldurchmesser ist ein Maß für die Größe eines Lichtstrahls oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise eines Lasers. Dies ist der Durchmesser auf jeder Linie, die senkrecht zur Strahlachse verläuft und diese schneidet. Er ist doppelt so lang wie der Strahlradius. Bei einem kreisförmigen Balken ist seine Länge als die Länge eines Liniensegments definiert, das durch die Mitte des Balkens verläuft und dessen Endpunkte an den gegenüberliegenden Kanten des Balkens liegen. Wenn der Strahl elliptisch ist, kann sein Durchmesser als Länge der Haupt- oder Nebenachse der Ellipse angegeben werden. Wenn der Strahl keine Kreissymmetrie aufweist, wird stattdessen häufig auf die Strahlbreite Bezug genommen.
Die meisten elektromagnetischen Strahlen haben keine scharf definierten Kanten, wie dies bei festen Objekten der Fall ist, und Strahldivergenz bedeutet, dass ihre Breite nicht über die gesamte Länge des Strahls konstant ist. Somit gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, den Durchmesser des Strahls zu definieren. Die Messung des Strahldurchmessers erfolgt mit einem Gerät, das als Laserstrahl-Profiler bezeichnet wird. Der Punkt auf dem Strahl, an dem der Strahldurchmesser am engsten ist, wird als Strahltaille bezeichnet.
Der Strahldurchmesser ist ein wichtiges Merkmal von Lasern. Strahlen mit einem größeren Durchmesser erleiden eine geringere Strahldivergenz. Dies ist ein Maß dafür, wie schnell sich das Licht des Strahls von der Strahltaille ausbreitet. Strahlen mit geringer Divergenz weisen daher eine höhere Strahlqualität auf. Dies ist ein Maß dafür, wie eng ein Laserstrahl auf seinem Weg fokussiert bleibt. Die optische Intensität eines Strahls ist die Menge an optischer Leistung, die der Strahl pro Flächeneinheit am Ziel abgibt. Ein Laser mit geringer Strahldivergenz weist also eine größere optische Intensität auf als ein Strahl mit derselben optischen Leistung, aber höherer Strahldivergenz. Dies ist wichtig für viele Laseranwendungen wie Schneiden, Bohren und Fernschweißen in der Industrie sowie für die Lasermikroskopie in der Biowissenschaft.
Es gibt einen Kompromiss zwischen der Laserstrahlqualität und der Größe des Lasers, da ein Laser mit einer kleineren Linse einen kleineren Strahldurchmesser hat und eine größere Strahldivergenz erleidet, wenn alle anderen Dinge gleich sind. Das Verkleinern eines Lasers, was aus Gründen der Bequemlichkeit und der Kosten häufig wünschenswert ist, erfordert bei Aufrechterhaltung einer hohen Strahlqualität Verbesserungen an anderen Teilen des Designs. Dies kann durch die Verwendung hochwertigerer optischer Komponenten, optimiertes Resonatordesign und -ausrichtung sowie durch die Verwendung von Laserverstärkungsmedien erreicht werden, die weniger anfällig für Verzerrungen thermischer Effekte wie z. B. thermische Linsen sind.