Jaka jest średnica wiązki?

Średnica wiązki to pomiar wielkości wiązki światła lub innego promieniowania elektromagnetycznego, takiego jak laser. Jest to średnica na dowolnej linii, która jest prostopadła i przecina oś wiązki, i jest dwukrotnie dłuższa od promienia wiązki. W przypadku belki kołowej jej długość jest definiowana jako długość odcinka linii, który przechodzi przez środek belki i ma punkty końcowe na przeciwległych krawędziach belki. Jeśli wiązka jest eliptyczna, jej średnicę można określić jako długość głównej lub pomocniczej osi elipsy. Jeśli wiązka nie ma symetrii kołowej, zamiast niej często określa się szerokość wiązki.

Większość wiązek elektromagnetycznych nie ma ostro określonych krawędzi, podobnie jak obiekty stałe, a rozbieżność wiązki oznacza, że ​​ich szerokość nie jest stała na całej długości wiązki. Zatem istnieje wiele sposobów definiowania średnicy wiązki. Pomiar średnicy wiązki odbywa się za pomocą urządzenia zwanego profilerem wiązki laserowej. Punkt na belce, w którym średnica wiązki jest najwęższa, nazywa się talią belki.

Średnica wiązki jest ważnym atrybutem laserów. Wiązki o większej średnicy ulegają mniejszej rozbieżności, co jest miarą tego, jak szybko światło wiązki rozprzestrzenia się z talii wiązki. Wiązki o niskiej rozbieżności mają zatem wyższą jakość wiązki, co jest miarą tego, jak ściśle skupiona jest wiązka laserowa podczas podróży. Intensywność optyczna wiązki to ilość mocy optycznej dostarczanej przez wiązkę na jednostkę powierzchni w celu, więc laser o niskiej dywergencji wiązki będzie miał większą intensywność optyczną niż wiązka o tej samej mocy optycznej, ale o wyższej dywergencji wiązki. Jest to ważne w wielu zastosowaniach laserowych, takich jak cięcie, wiercenie i zdalne spawanie w przemyśle oraz mikroskopia laserowa w naukach biologicznych.

Występuje kompromis między jakością wiązki lasera a rozmiarem lasera, ponieważ laser z mniejszą soczewką ma mniejszą średnicę wiązki i będzie wykazywał większą rozbieżność wiązki, przy czym wszystkie inne rzeczy będą równe. Zmniejszenie lasera, co jest często pożądane ze względu na wygodę i koszty, przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiej jakości wiązki wymaga ulepszeń w innych częściach projektu. Można tego dokonać za pomocą komponentów optycznych o wyższej jakości, zoptymalizowanej konstrukcji i wyrównania rezonatora oraz zastosowania nośników wzmocnienia laserowego, które są mniej podatne na zniekształcanie efektów termicznych, takich jak soczewki termiczne.