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光束发散度

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光束发散度是指电磁束或光束随着和发射点距离,其束直径英语Beam diameter或是半径增加的程度,一般会以角度的方式表示。此一词语只在远场下有效,也就是离焦点很远的位置。不过远场也可能很靠近辐射孔,视发射孔孔径及工作波长而定。

光束发散度常用在以光学方式处理电磁束的情形,此时光束的孔径会远大于其波长。不过光束发散度也会用在射频的范围,前提是天线工作在所谓的光学区,特征长度远大于一个波长。

光束发散度常用在光束截面是圆形的情形下,不过也有例外。例如光束截面是楕圆时也可以使用,只是要标明光束发散度参考的位置,例如是楕圆的长轴或是短轴。

若知道离焦点很远二点的光束直径(Di, Df)及这二点的距离(l),可以用下式计算光束发散度

若平行光是用透镜聚焦,在透镜后侧焦点处的直径和初始光束的光束发散度有以下的关系

其中f焦距[1]

像所有的电磁束一样,激光也会有发散的问题,激光的发散一般会用千分之一弧度(mrad)或是角度表示。在许多应用上,比较希望用低发散度的光束。若不考虑因为激光束品质不良产生的发散,其发散度会和其波长成正比,和光束最窄处的直径成反比。例如紫外线激光其波长为308 nm,若最小直径相同,发散会比波长为808 nm的红外线激光要好。高品质激光束的发散度可以用高斯光束的数学来建模。

若高斯激光束的径向光束发散度接近最小值时,称为衍射极限英语diffraction limited[2],其最小值如下

其中为激光波长,而为激光最窄点的半径,称为激光束腰。这类的光束发散可以在最佳化的激光腔中看到。相干光束其衍射极限发散度的资讯可以由N-狭缝干涉方程英语N-slit interferometric equation得到[2]

相关条目

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参考资料

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  1. ^ Measuring laser beam divergence. [March 30, 2015]. (原始内容存档于2015-11-20). 
  2. ^ 2.0 2.1 Duarte, Francisco J. Chapter 3. Tunable Laser Optics 2nd. New York: CRC. 2015 [2015-12-16]. ISBN 9781482245295. (原始内容存档于2015-04-02). 

外部链接

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