Все лазерные лучи расходятся. Их лучи медленно отклоняются, ослабляя мощность лазера. Это происходит из-за дифракции - фундаментального и неизбежного свойства света.
Полностью устранить расхождение невозможно. Лучшее, на что можно надеяться, — это пучок с наименьшей расходимостью, допускаемой законами дифракции. Такой пучок называется дифракционно-ограниченным. Лучи с гауссовским профилем имеют дифракционное ограничение.
Качество луча количественно определяет, насколько лазер близок к идеальному гауссову пучку с ограниченной дифракцией.
Преимущества лучей высокого качества
Высокое качество луча дает значительные преимущества:
Наименьший размер пятна
Лазеры с высоким качеством луча могут быть сфокусированы в самых маленькие пятна. Это позволяет использовать элементы меньшего размера, производить маркировку и гравировку с высоким разрешением.
Эффективность на разной глубине
Поскольку расходимость мала, плотность мощности остается высокой на больших расстояниях до и после фокального пятна. Это облегчает продольное выравнивание луча и означает, что лазер по-прежнему эффективен в глубине разреза.
Увеличение рабочего расстояния и долговечности
Лазеры с высоким качеством луча могут работать на большем расстоянии между фокусирующим объективом и заготовкой, что означает меньший риск повреждения оптики парами и брызгами материала.
Оптика дешевле
Меньшие диаметры луча на всем оптическом пути означают, что можно использовать меньшие и более дешевые зеркала и линзы.
Неизменный профиль луча
Лучи с гауссовым профилем остаются гауссовыми на протяжении всего распространения. Меняется только радиус луча. Это не относится к другим профилям, таким как плоские или профили неправильной формы.
Количественное определение качества луча: параметр распространения луча (BPP) и M2
Двумя наиболее распространенными показателями для оценки качества лазерного луча являются параметр распространения луча (BPP) и коэффициент M2.
Параметр распространения луча (BPP)
Параметр распространения луча определяется как произведение радиуса луча в перетяжке и половины угла расхождения, измеренного в дальней зоне. Единицами измерения BPP часто являются мм*мрад.
Более низкие значения BPP указывают на более высокое качество луча, но BPP зависит от длины волны. Высококачественный CO2-лазер будет иметь более высокий BPP, чем высококачественный YAG-лазер, длина волны CO2-лазера больше.
Коэффициент М2
M2 это хороший способ сравнить качество луча лазеров, даже если они работают на разных длинах волн.
Коэффициент M2 определяется как BPP, деленная на λ/2π, где λ — длина волны. Исходя из этого уравнения наилучшее возможное значение М2 всегда равно 1, независимо от лазера.
В реальной жизни высококачественные лучи имеют M2 чуть выше 1. Поскольку трудно поддерживать хорошее качество луча при увеличении мощности, некоторые мощные лазеры имеют значение M2, исчисляемое сотнями.
Для измерения M2 требуется несколько профилей луча в разных точках оптического пути. Затем каждый профиль используется для определения радиуса луча в этой точке. Для соответствия требованиям ISO необходимо использовать определение луча D4σ. Для надежного измерения также необходимо учитывать другие технические факторы (например, вычитание фонового шума, соответствующую калибровку, разрешение камеры и т.д.).
Beamage-M2 от Gentec-EO упрощает измерение M2 и улучшает воспроизводимость благодаря автоматизированной системе измерения и интуитивно понятному программному обеспечению. Он оснащен 50-миллиметровой оптикой, а множество доступных аксессуаров делают его совместимым практически с любой длиной волны, размером луча и мощностью.
