激光發(fā)散角是我們在進行激光產(chǎn)品檢測時經(jīng)常需要使用的一個性能參數(shù)，今天中為檢驗小編將帶大家了解激光發(fā)散角測試的相關(guān)知識。

激光發(fā)散角是指激光束在傳播過程中，其截面直徑隨著距離的增加而擴大的現(xiàn)象所對應的角度量。它是評價激光束質(zhì)量、聚焦性能和遠距離傳輸特性的重要參數(shù)之一。

 （一）激光發(fā)散角定義

定義：

激光發(fā)散角，記作θ，是指從激光束最窄處（通常指近場或最小束腰處）沿光軸方向，經(jīng)過一定距離后，光束直徑增大至兩倍時，兩條邊線與光軸之間的夾角。這個角度反映了激光束在空間中的擴散程度，即光束能量分布的集中性。較小的發(fā)散角意味著激光束在傳播過程中更趨于保持其初始的束寬，具有更好的定向性和聚焦能力；反之，較大的發(fā)散角則表示激光束在傳播過程中迅速變寬，能量分布較為分散。

激光發(fā)散角通常分為兩類：

1. 遠場發(fā)散角（θf）：當激光束傳播距離遠大于其瑞利長度（Rayleigh length，即光束直徑變化最慢的一段距離）時，發(fā)散角主要由激光器本身的物理特性決定，如腔長、輸出鏡的曲率半徑等。遠場發(fā)散角一般用于描述激光束在實際應用中的遠距離傳播特性。

2. 近場發(fā)散角（θn）：在距離激光源較近的范圍內(nèi)，由于衍射效應和非理想光學元件的影響，光束可能會表現(xiàn)出不同的發(fā)散特性。近場發(fā)散角通常用于評估激光系統(tǒng)內(nèi)部或近距離傳輸時的光束擴展情況。

 （二）激光發(fā)散角測試標準

標準概覽：

在中國，激光發(fā)散角的測試遵循國家標準GB/T 137392011《激光光束寬度、發(fā)散角的測試方法以及橫模的鑒別方法》。此標準提供了統(tǒng)一、規(guī)范的測試流程和方法，確保不同實驗室或制造商對激光發(fā)散角的測量結(jié)果具有可比性和一致性。

 （三）激光發(fā)散角測試流程

測試步驟：

激光發(fā)散角的測量通常包括以下關(guān)鍵步驟：

1. 準備工作：

    選擇合適的測試設(shè)備：如激光功率計、光束分析儀、高精度位移臺、透鏡組（用于聚焦或擴束）、探測器（如CCD相機或光電探測器）等。

    設(shè)置測試環(huán)境：確保環(huán)境穩(wěn)定，避免振動、溫度波動等影響測量精度的因素。

    校準設(shè)備：對測量設(shè)備進行必要的校準，確保其準確性和可靠性。

2. 光束直徑測量：

    在激光束的近場位置（例如束腰處）測量最小光束直徑（Dmin），通常采用掃描式或成像式的光束分析儀完成。

    在選定的多個離軸距離（z）處重復測量，記錄每個位置的光束直徑（D(z)）。

3. 發(fā)散角計算：

• 對于遠場發(fā)散角，根據(jù)光束直徑隨距離的變化關(guān)系，通常使用如下公式計算：

  
  

  $${?}_{?}=2\arctan ?\left(\frac{?(?)}{2?}\right)$$







• 其中，D(z)是在距離z處測得的光束直徑，z是從束腰位置開始沿光軸的距離。

• 如果需要測量近場發(fā)散角，則需考慮更復雜的數(shù)學模型來描述光束直徑隨距離的非線性變化，并據(jù)此計算發(fā)散角。

4. 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果報告：

    分析測量數(shù)據(jù)，計算平均發(fā)散角或繪制發(fā)散角隨距離的變化曲線。

    記錄所有測試條件、使用的設(shè)備型號、校準信息等，形成完整的測試報告。

 （四）激光發(fā)散角測試方法

具體方法：

根據(jù)GB/T 137392011標準，常用的激光發(fā)散角測試方法包括但不限于：

 直接法：使用帶有精密位移臺的光束分析儀或掃描式探測器，沿光軸逐步移動探測位置，直接測量不同距離處的光束直徑，然后按照上述公式計算發(fā)散角。

 聚焦法：通過將激光束聚焦到一個已知焦距的透鏡后，觀察聚焦點后沿光軸方向的光束擴散情況。利用透鏡的焦距和光束直徑的測量值，計算發(fā)散角。

 干涉法：對于相干性良好的激光，可以利用干涉技術(shù)（如雙孔或多孔干涉、菲涅爾干涉等）來間接獲取光束的發(fā)散特性。通過分析干涉條紋的分布和間距變化，推算出發(fā)散角。

 CCD成像法：利用高分辨率CCD相機拍攝不同距離處的激光光斑圖像，通過圖像處理軟件精確測量光斑直徑，進而計算發(fā)散角。這種方法便于自動化測量和數(shù)據(jù)采集。

在實際操作中，應根據(jù)激光類型、功率、波長、以及實驗條件（如可用設(shè)備、空間限制等）選擇最適合的測試方法。同時，遵循標準中的要求進行多次測量和數(shù)據(jù)驗證，以確保測試結(jié)果的準確性和可信度。

總之，激光發(fā)散角是衡量激光束在空間中擴散程度的關(guān)鍵參數(shù)，其測試依據(jù)國家標準化流程，包括準備工作、光束直徑測量、發(fā)散角計算以及數(shù)據(jù)處理與報告編寫等多個環(huán)節(jié)。測試方法多樣，可根據(jù)實際情況選用直接法、聚焦法、干涉法或CCD成像法等，確保測量結(jié)果的專業(yè)性、嚴謹性和科學性。

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