Die häufig verwendete Definition der Strahlqualität umfasst Fernfeld-Spotradius, Fernfelddivergenz aWinkel, Beugungsgrenze Vielfaches U, Strehl Verhältnis, Faktor M2 , ein Zieloberflächen- oder Schleifenenergieverhältnis usw.

Die Strahlqualität ist ein wichtiger Parameter des Lasers. Zwei gängige Ausdrücke für die Strahlqualität sindBPP und M2 welcher werden nach dem gleichen physikalischen Konzept abgeleitet und können umgerechnet werden von einander. Die Qualität des Laserstrahls ist wichtig, da sie eine wichtige physikalische Größe ist, um zu beurteilen, ob der Laser gut ist oder nicht und ob das Präzisionsbearbeitung möglich. Bei vielen Arten von Singlemode-Ausgangslasern weisen hochwertige Laser in der Regel eine sehr hohe Strahlqualität auf, die einem sehr kleinenM2, wie 1.05 oder 1.1. Darüber hinaus kann der Laser während seiner gesamten Lebensdauer eine gute Strahlqualität beibehalten undM2 Wert ist fast unverändert. Für Laser-Präzisionsbearbeitung, hohe QualitätStrahl ist förderlicher für die Formgebung, um eine Flat-Top-Laserbearbeitung ohne Beschädigung des Substrats und ohne thermischen Effekt durchzuführen. In der Praxis,M2 wird hauptsächlich für Festkörper- und Gaslaser verwendet, während BPP wird meistens für Faserlaser verwendet, um die Spezifikationen von Lasern zu beschriften.

Die Laserstrahlqualität wird normalerweise durch zwei Parameter ausgedrückt: BPP und M². M²wird oft geschrieben als M2. Die folgende Abbildung zeigt die Längsverteilung des Gaußschen Balkens, wobeiW ist der Strahltaillenradius und θ ist die Fernfelddivergenzhälfte angl.

Umrechnung von BPP und M2

BPP (Strahlparameterprodukt) ist definiert als Taillenradius W multipliziert mit Fernfelddivergenz halb angle θ:

         BPP = W × θ

Die Fernfelddivergenz halb angle θ des Gaußschen Balkens ist:

        θ₀ = λ / πW₀

M² ist das Verhältnis des Strahlparameterprodukts zum Strahlparameterprodukt des Gaußschen Strahls der Grundmode:

        M² =（W×θ）/（W₀×θ₀）= BPP /（λ / π）

Es ist nicht schwer, aus der obigen Formel zu finden, dass BPP ist wellenlängenunabhängig, während M² hängt auch nicht mit der Laserwellenlänge zusammen. Sie hängen hauptsächlich mit dem Hohlraumdesign und der Montagegenauigkeit des Lasers zusammen.

Der Wert von M² ist unendlich nahe bei 1, was das Verhältnis zwischen den realen Daten und den idealen Daten angibt. Wenn die realen Daten näher an den Idealdaten liegen, ist die Strahlqualität besser, d. h. wennM² näher an 1 liegt, ist der entsprechende Divergenzwinkel kleiner und die Strahlqualität besser.

Messung von BPP und M2
Der Strahlqualitätsanalysator kann verwendet werden, um die Strahlqualität zu messen. Die Strahlqualität kann auch unter Verwendung eines Lichtanalysators mit komplexer Bedienung gemessen werden. Daten werden von verschiedenen Stellen des Laserquerschnitts gesammelt und dann von einem eingebauten Programm synthetisiert, um zu produzierenM2. M2 kann nicht gemessen werden, wenn es bei der Probenahme zu Fehlbedienungen oder Messfehlern kommt. Für Hochleistungsmessungen ist ein ausgeklügeltes Dämpfungssystem erforderlich, um die Laserleistung innerhalb eines messbaren Bereichs zu halten und jegliche Beschädigung der Detektionsoberfläche des Instruments zu vermeiden.

Der Lichtwellenleiterkern und die numerische Apertur können gemäß der obigen Abbildung geschätzt werden. Bei Faserlasern ist der Taillenradius ω₀= Faserkerndurchmesser /2 = R, θ = Sündeα =α= N / A (numerische Apertur der Faser).

Zusammenfassung von BPP, M2, und Beam Qutalität

Je kleiner BPP, desto besser Qualität des Laserstrahls.

Für 1,08µm Faserlaser, M2 = 1, BPP = λ / π = 0,344 mm HerrAnzeige

Für 10.6µm CO₂ Laser, einzelne Grundmode M2 = 1, BPP = 3.38 mm HerrAnzeige

Angenommen, die Divergenzwinkel zweier einzelner grundlegend Modus Laser (oder Multi-Modus Laser mit gleichem M2) sind nach der Fokussierung gleich, der Brennweitendurchmesser des CO₂ Laser ist das 10-fache des Faserlasers.

Je näher M2 1 ist, desto besser ist die Laserstrahlqualität.

Wenn der Laserstrahl in ist Gaustralische Verteilung oder in der Nähe der Gauß-Verteilung, je näher die M2 1 ist, je näher der tatsächliche Laser am idealen Gaußschen Laser liegt, desto besser ist die Strahlqualität.