激光光斑尺寸對于激光的使用有著至關(guān)重要的影響。如在進(jìn)行激光切λ割時，需要將一束激光聚焦在一塊盡可能小的光斑上。如果需使功率密度zui大以進(jìn)行精密切割，這是完全必需的。光斑大小受多種因л素的影響。其中zui重要的因素有

一、激光模式M2

激光模式是由激光器和光束傳輸系統(tǒng)決定的。M2 表示某條特定光束在傳播過程中的發(fā)散速度;對于一條理想的 TEM00 激光光束而言， M2=1。這個參數(shù)是用高 級儀表測出的，激光器制造商的規(guī)格中也會提供這一參數(shù)。

二、衍射

光具有波的性質(zhì)，因此不可避免地會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，該現(xiàn)象存在于所有的光學(xué)系統(tǒng)中，能夠決定這些系統(tǒng)在性能方面的理論限值。衍射會使光束在傳播過程中發(fā)生橫向擴(kuò)展。如果在對某個準(zhǔn)直激光光束進(jìn)行聚焦時使用的是一個“理想”透鏡，那么光斑的大小將只受衍射作用的影響。計算衍射光斑大小的公式如下：

衍射光斑尺寸=4λM2f/πD

f 為透鏡的焦距 

D為輸入光束在透鏡處的直徑(在 1/e2 點處) 

k 是一個折射率函數(shù) 

λ 激光波長

M2激光模式

衍射產(chǎn)生的zui重要的影響是，它使光斑大小隨焦距線性增加，但與光束的直徑成反比。因此，如果某個特定透鏡的輸入激光光束直徑增加，由于衍射變?nèi)酰獍邥冃?。而且，如果對于某個特定激光光束，當(dāng)焦距減小時，光斑也會變小。

三、球差

如果用一個理想透鏡，對經(jīng)過準(zhǔn)直處理的同軸光線進(jìn)行聚焦。所有通過光學(xué)元件軸心的光線將形成一個光斑，光斑的尺寸就只受衍射影響的。不過，許多透鏡都會受到球差的影響。球差帶來的后果是，與那些穿過透鏡中央的光線相比，那些穿過透鏡邊緣的光線與光軸的交點離透鏡更近，球差會使光斑的尺寸增大，并將zui佳聚焦點移到與計算出的有效焦距不同的位置上。

球差是一個與多種因素有關(guān)的函數(shù)，這些因素包括透鏡形狀、朝向和折射率。例如，如要使冕玻璃透鏡聚焦的可見光光斑zui小，那么，zui好采用雙凸透鏡的形狀。反之，如果是硒化鋅透鏡用在10.6μm波長，那么，zui好將其設(shè)計為凹凸透鏡來盡量減小光斑尺寸。

在特定環(huán)境下的實際光斑大小是由光線的軌跡決定的;不過，您可以利用公式，估算出在使用zui佳形狀的透鏡時，由球差帶來的光斑大小，即：

球差光斑尺寸=KD3/f2

f 為透鏡的焦距 

D為輸入光束在透鏡處的直徑(在 1/e2 點處) 

k 是一個折射率函數(shù) 

從公式中可以看出，焦點的大小與激光模式參數(shù)，即 M2成正比

二光斑大小計算

嚴(yán)格地說，將球差和衍射帶來的光斑大小簡單相加求和并不能得到正確的實際光斑大小，但它能估算出zui壞的情況下光斑尺寸，一般來講，它可被用作選擇透鏡的合適參數(shù)。公式如下：

光斑尺寸=4λM2f/πD+KD3/f2

f 是透鏡焦距

D 是透鏡處的輸入光束直徑(在 1/e2 點)

K 是折射率函數(shù)

M2是光束模式參數(shù)

λ 是波長

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