光束發散度

光束發散度是指電磁束或光束隨著和發射點距離,其束直徑英语Beam diameter或是半徑增加的程度,一般會以角度的方式表示。此一詞語只在遠場下有效,也就是離焦點很遠的位置。不過遠場也可能很靠近辐射孔,視發射孔孔徑及工作波長而定。

光束發散度常用在以光學方式處理電磁束的情形,此時光束的孔徑會遠大於其波長。不過光束發散度也會用在射頻的範圍,前提是天線工作在所謂的光學區,特徵長度遠大於一個波長。

光束發散度常用在光束截面是圓形的情形下,不過也有例外。例如光束截面是楕圓時也可以使用,只是要標明光束發散度參考的位置,例如是楕圓的長軸或是短軸。

若知道離焦點很遠二點的光束直徑(Di, Df)及這二點的距離(l),可以用下式計算光束發散度

若平行光是用透鏡聚焦,在透鏡後側焦點處的直徑和初始光束的光束發散度有以下的關係

其中f焦距[1]

像所有的電磁束一樣,雷射也會有發散的問題,雷射的發散一般會用千分之一弧度(mrad)或是角度表示。在許多應用上,比較希望用低發散度的光束。若不考慮因為雷射束品質不良產生的發散,其發散度會和其波長成正比,和光束最窄處的直徑成反比。例如紫外線雷射其波長為308 nm,若最小直徑相同,發散會比波長為808 nm的紅外線雷射要好。高品質雷射束的發散度可以用高斯光束的數學來建模。

若高斯雷射束的徑向光束發散度接近最小值時,稱為衍射极限英语diffraction limited[2],其最小值如下

其中為雷射波長,而為雷射最窄點的半徑,稱為雷射束腰。這類的光束發散可以在最佳化的雷射腔中看到。相干光束其衍射极限發散度的資訊可以由N-狭缝干涉方程英语N-slit interferometric equation得到[2]

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參考資料编辑

  1. ^ Measuring laser beam divergence. [March 30, 2015]. (原始内容存档于2015-11-20). 
  2. ^ 2.0 2.1 Duarte, Francisco J. Chapter 3. Tunable Laser Optics 2nd. New York: CRC. 2015 [2015-12-16]. ISBN 9781482245295. (原始内容存档于2015-04-02). 

外部連結编辑