I produktion og brug af lasere, er det uundgåeligt at inddrage detektion og karakterisering af strålekvalitet. M2 og BPP er de to mest almindeligt anvendte fysiske mængder, der udtrykker kvaliteten af laserstråler. M2 og BPP er afledt baseret på det samme fysiske koncept, så de kan konverteres til hinanden.
Grunden til, at strålen kvalitet er vigtig, er, at det er en vigtig fysisk mængde til at bedømme kvaliteten af laser, og om det kan laser præcision behandles. For mange former for single-mode output lasere, høj kvalitet lasere har normalt høj strålekvalitet, svarende til meget lille M2, såsom 1,05 eller 1,1. Og laseren kan opretholde en god strålekvalitet gennem hele sin levetid, og M2-værdien er næsten uændret. Til laserpræcisionsbearbejdning er en laserstråle med høj strålekvalitet mere befordrende for formning og udfører derved flat-top laserbearbejdning uden at beskadige underlaget og uden termiske effekter. I faktisk brug, når mærkning laser specifikationer, M2 er for det meste bruges til solid-state lasere og gas lasere, mens BPP er for det meste bruges til fiber lasere.
Hvordan kalibrere kvaliteten af strålen? Den strålekvalitet, der beskriver laseren, udtrykkes normalt ved to parametre: BPP og M². M² er også ofte skrevet som M2, som kan læses som M kvadreret eller M2. Følgende figur er den langsgående fordeling af den gaussiske stråle, hvor bjælken talje radius W og langt felt divergens vinkel halv vinkel θ.
BPP (Beam Parameter Product) defineres som stråletaljeradius i × feltforskelvinkel
BPP=W × θ
Halv-felt divergens vinkel gaussiske stråle:
θ0=λ / ΠW0
M²: forholdet mellem stråleparameterproduktet og stråleparameterproduktet af gaussisk stråle i grundlæggende tilstand:
M2=(W×θ)/(W0×θ0)=BPP /(λ/Π)
Det er ikke svært at finde fra ovenstående formel, hvor BPP ikke har noget at gøre med bølgelængden, og M²-faktoren er også relateret til laserbølgelængden. De er hovedsageligt relateret til laser hulrum design og samling nøjagtighed.
Værdien af M²-faktoren er uendeligt tæt på 1, hvilket indikerer forholdet mellem reelle data og ideelle data. Når de reelle data er tættere på de ideelle data, er strålekvaliteten bedre. Det vil sige, når M² faktor er tættere på 1, bjælken kvalitet er bedre, tilsvarende Jo mindre divergens vinkel.
Til analyse af strålekvalitet afhænger det hovedsageligt af stråleanalysatoren til måling. Strålekvalitetsanalysatoren kan foretage nøjagtige målinger, men brugen af en staffageanalysator kræver komplekse operationer, indsamling af lasertværsnitsdata fra forskellige positioner og syntes derefter M²-data gennem instrumentets indbyggede program. Hvis der er driftsfejl eller målefejl under prøvetagningsprocessen , kan du ikke måle og analysere værdien af M². Til måling med høj effekt kræves der et komplekst dæmpningssystem for at holde lasereffekten inden for det målbare område for at undgå skader på instrumentets detektionsoverflade på grund af for stor effekt.
Ifølge ovenstående tal, kan fiberkernen og numerisk blænde estimeres. For fiberlasere, strålen talje radius ω0 = fiber kerne diameter/ 2 = R, θ = sinα = α = NA (fiber numerisk blænde)
Det kan konkluderes ud fra dette:
Jo mindre BPP, jo bedre laserstråle kvalitet.
For 1.08um fiberlaser, enkelt grundlæggende tilstand M2=1, BPP=λ/Π=0,344 mm mrad
For 10,2um CO2 laser, enkelt grundlæggende tilstand M2 = 1, BPP = 3,38 mm mrad
Antages det, at de to enkelt grundlæggende tilstand (eller multimode M2 er den samme) lasere efter at have fokuseret, divergens vinkel er den samme, så fokale diameter af CO2 laser er 10 gange så fiber laser.
Jo tættere M² er til 1, jo bedre er laserens strålekvalitet.
Når laserstrålen er i en gaussisk eller nær-Gaussisk fordeling, jo tættere M² faktor er at 1, jo tættere den faktiske laser er til den ideelle Gaussiske laser, og jo bedre strålekvalitet.