确定光斑大小

一影响光斑大小因素

    激光光斑尺寸对于激光的使用有着至关重要的影响。如在进行激光切λ割时，需要将一束激光聚焦在一块尽可能小的光斑上。如果需使功率密度最大以进行精密切割，这是完全必需的。光斑大小受多种因л素的影响。其中最重要的因素有：（1） 激光模式 (M2)；（2）衍射；（3）球差。

（1）激光模式M2

激光模式是由激光器和光束传输系统决定的。M2 表示某条特定光束在传播过程中的发散速度；对于一条理想的 TEM00 激光光束而言， M2=1。这个参数是用高级仪表测出的，激光器制造商的规格中也会提供这一参数。

（2）衍射

光具有波的性质，因此不可避免地会出现衍射现象，该现象存在于所有的光学系统中，能够决定这些系统在性能方面的理论限值。衍射会使光束在传播过程中发生横向扩展。如果在对某个准直激光光束进行聚焦时使用的是一个“理想”透镜，那么光斑的大小将只受衍射作用的影响。计算衍射光斑大小的公式如下：

f 为透镜的焦距 ；

D为输入光束在透镜处的直径（在 1/e2 点处） ；

k 是一个折射率函数 ；

λ 激光波长；

M2激光模式。

衍射产生的最重要的影响是，它使光斑大小随焦距线性增加，但与光束的直径成反比。因此，如果某个特定透镜的输入激光光束直径增加，由于衍射变弱，光斑会变小。而且，如果对于某个特定激光光束，当焦距减小时，光斑也会变小。

(3)球差

   如果用一个理想透镜，对经过准直处理的同轴光线进行聚焦。所有通过光学元件轴心的光线将形成一个光斑，光斑的尺寸就只受衍射影响的。不过，许多透镜都会受到球差的影响。球差带来的后果是，与那些穿过透镜中央的光线相比，那些穿过透镜边缘的光线与光轴的交点离透镜更近，球差会使光斑的尺寸增大，并将最佳聚焦点移到与计算出的有效焦距不同的位置上。

球差是一个与多种因素有关的函数，这些因素包括透镜形状、朝向和折射率。例如，如要使冕玻璃透镜聚焦的可见光光斑最小，那么最好采用双凸透镜的形状。反之，如果是硒化锌透镜用在10.6µm波长，那么最好将其设计为凹凸透镜来尽量减小光斑尺寸。

在特定环境下的实际光斑大小是由光线的轨迹决定的；不过，您可以利用公式，估算出在使用最佳形状的透镜时，由球差带来的光斑大小，即：