При производстве и использовании лазеров неизбежно требуется обнаружение и определение характеристик качества луча. M2 и BPP - две наиболее часто используемые физические величины, которые выражают качество лазерных лучей. M2 и BPP выводятся на основе одной и той же физической концепции, поэтому их можно преобразовывать друг в друга.
Причина, по которой качество луча важно, заключается в том, что это ключевая физическая величина, позволяющая судить о качестве лазера и возможности его прецизионной обработки. Для многих видов одномодовых выходных лазеров высококачественные лазеры обычно имеют высокое качество луча, соответствующее очень маленькому M2, например 1,05 или 1,1. Причем лазер может поддерживать хорошее качество луча на протяжении всего срока службы, а значение M2 практически не меняется. Для прецизионной лазерной обработки лазерный луч с высоким качеством лучше подходит для формовки, что позволяет выполнять лазерную обработку с плоским верхом без повреждения подложки и тепловых эффектов. На практике, при маркировке спецификаций лазеров, M2 в основном используется для твердотельных лазеров и газовых лазеров, а BPP в основном используется для волоконных лазеров.
Как откалибровать качество луча? Качество луча, описывающее лазер, обычно выражается двумя параметрами: BPP и M². M² также часто записывается как M2, что можно прочитать как M в квадрате или M2. На следующем рисунке показано продольное распределение гауссова луча, где радиус перетяжки луча W и половина угла расходимости в дальней зоне θ.
BPP (произведение параметров луча) определяется как радиус перетяжки луча × угол расходимости в дальней зоне.
BPP=W × θ
Угол расходимости полуполя гауссова пучка:
θ0=λ/ΠW0
M²: отношение произведения параметров пучка к произведению параметров пучка основной моды гауссова пучка:
M2=（W × θ） / （W0 × θ0）=BPP / （λ / Π）
Из приведенной выше формулы нетрудно найти, где BPP не имеет ничего общего с длиной волны, а коэффициент M² также связан с длиной волны лазера. В основном они связаны с конструкцией резонатора лазера и точностью сборки.
Значение коэффициента M² бесконечно близко к 1, что указывает на соотношение реальных и идеальных данных. Когда реальные данные ближе к идеальным, качество луча лучше. То есть, когда коэффициент M² ближе к 1, качество луча лучше, что соответствует меньшему углу расходимости.
Что касается анализа качества луча, это в основном зависит от анализатора луча для измерения. Анализатор качества луча может производить точные измерения, но использование точечного анализатора требует сложных операций, сбора данных лазерного поперечного сечения с разных позиций и последующего синтеза данных M² с помощью встроенной программы прибора&# 39. Если в процессе отбора проб возникают рабочие ошибки или ошибки измерения, вы не можете измерить и проанализировать значение M². Для измерения высокой мощности требуется сложная система ослабления, чтобы поддерживать мощность лазера в пределах измеряемого диапазона, чтобы избежать повреждения поверхности обнаружения прибора из-за чрезмерной мощности.
По рисунку выше можно оценить сердцевину волокна и числовую апертуру. Для волоконных лазеров радиус перетяжки луча ω0=диаметр сердцевины волокна / 2=R, θ=sinα=α=NA (числовая апертура волокна)
Из этого можно сделать вывод:
Чем меньше BPP, тем лучше качество лазерного луча.
Для волоконного лазера 1,08 мкм, одна основная мода M2=1, BPP=λ / Π=0,344 мм мрад
Для CO2-лазера 10,2 мкм, одна основная мода M2=1, BPP=3,38 мм мрад
Если предположить, что два лазера с одной основной модой (или многомодовый M2 - это одно и то же) после фокусировки, угол расходимости будет одинаковым, тогда фокусный диаметр CO2-лазера в 10 раз больше, чем у волоконного лазера.
Чем ближе M² к 1, тем лучше качество луча лазера.
Когда лазерный луч имеет гауссово или почти гауссово распределение, чем ближе коэффициент M² к 1, тем ближе фактический лазер к идеальному гауссовскому лазеру и тем лучше качество луча.