Расходимость луча - Beam divergence

Divergenz.Gauss-Strahl.png

В электромагнетизме , особенно в оптике , расходимость луча - это угловая мера увеличения диаметра или радиуса луча по мере удаления от оптической апертуры или апертуры антенны, из которой выходит луч. Термин актуален только в « дальнем поле », вдали от фокуса луча. На практике, однако, дальнее поле может начинаться физически близко к излучающей апертуре, в зависимости от диаметра апертуры и рабочей длины волны.

Расходимость луча часто используется для характеристики электромагнитных лучей в оптическом режиме для случаев, когда апертура, из которой выходит луч, очень велика по отношению к длине волны . Тем не менее, он также используется в радиочастотном (РЧ) диапазоне для случаев , в которых антенна очень велик по сравнению с длиной волны.

Под расходимостью луча обычно понимают луч круглого сечения, но это не обязательно так. Луч может, например, иметь эллиптическое поперечное сечение, и в этом случае необходимо указать ориентацию расходимости луча, например, относительно большой или малой оси эллиптического поперечного сечения.

Расходимость луча можно вычислить, если знать диаметр луча в двух отдельных точках, удаленных от любого фокуса ( D i , D f ), и расстояние ( l ) между этими точками. Расходимость пучка определяется выражением

Если коллимированный луч фокусируется линзой , диаметр луча в задней фокальной плоскости линзы связан с расходимостью исходного луча соотношением

где f - фокусное расстояние линзы. Обратите внимание, что это измерение действительно только тогда, когда размер луча измеряется в задней фокальной плоскости линзы, то есть там, где фокус будет лежать для действительно коллимированного луча, а не в фактическом фокусе луча, который будет находиться позади задней части. фокальная плоскость для расходящегося пучка.

Как и все электромагнитные лучи, лазеры подвержены расходимости, которая измеряется миллирадианами (мрад) или градусами . Для многих приложений предпочтителен пучок с меньшей расходимостью. Если пренебречь расходимостью из-за плохого качества луча, расходимость лазерного луча пропорциональна его длине волны и обратно пропорциональна диаметру луча в его самом узком месте. Например, ультрафиолетовый лазер, излучающий на длине волны 308 нм, будет иметь меньшую расходимость, чем инфракрасный лазер на 808 нм, если оба имеют одинаковый минимальный диаметр луча. Расходимость лазерных лучей хорошего качества моделируется с использованием математики гауссовых лучей .

Гауссовы лазерные лучи называются дифракционно ограниченными, если их радиальная расходимость луча близка к минимально возможному значению, которое определяется выражением

где - длина волны лазера, а - радиус луча в его самой узкой точке, которая называется «перетяжкой луча». Этот тип расходимости луча наблюдается в оптимизированных лазерных резонаторах. Информация о дифракционной расходимости когерентного пучка по сути дается интерферометрическим уравнением с N-щелью .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки