Bei der Herstellung und Verwendung von Lasern ist es unvermeidlich, die Strahlqualität zu erfassen und zu charakterisieren. M2 und BPP sind die beiden am häufigsten verwendeten physikalischen Größen, die die Qualität von Laserstrahlen ausdrücken. M2 und BPP werden basierend auf demselben physikalischen Konzept abgeleitet, sodass sie ineinander konvertiert werden können.
Der Grund, warum die Strahlqualität wichtig ist, ist, dass es eine wichtige physikalische Größe ist, um die Qualität des Lasers zu beurteilen und ob er laserpräzise verarbeitet werden kann. Für viele Arten von Einmoden-Ausgangslasern weisen hochwertige Laser normalerweise eine hohe Strahlqualität auf, die einem sehr kleinen M2 entspricht, wie z. B. 1,05 oder 1,1. Und der Laser kann während seiner gesamten Lebensdauer eine gute Strahlqualität aufrechterhalten, und der M2-Wert bleibt nahezu unverändert. Für die Laserpräzisionsbearbeitung ist ein Laserstrahl mit hoher Strahlqualität für die Formgebung förderlicher, wodurch eine Flachlaserbearbeitung durchgeführt wird, ohne das Substrat zu beschädigen und ohne thermische Effekte. Bei der tatsächlichen Verwendung wird beim Markieren von Laserspezifikationen M2 hauptsächlich für Festkörperlaser und Gaslaser verwendet, während BPP hauptsächlich für Faserlaser verwendet wird.
Wie kalibriere ich die Qualität des Strahls? Die den Laser beschreibende Strahlqualität wird normalerweise durch zwei Parameter ausgedrückt: BPP und M². M² wird oft auch als M2 geschrieben, was als M Quadrat oder M2 gelesen werden kann. Die folgende Figur ist die Längsverteilung des Gaußschen Strahls, wobei der Taillenradius W des Strahls und der Halbwinkel θ des Fernfelddivergenzwinkels.
BPP (Beam Parameter Product) ist definiert als Strahltaillenradius × Fernfelddivergenzwinkel
BPP=W × θ
Halbfelddivergenzwinkel des Gaußschen Strahls:
θ0=λ/ΠW0
M²: das Verhältnis des Strahlparameterprodukts zum Strahlparameterprodukt des Grundmodus-Gaußschen Strahls:
M2=（W × θ） / （W0 × θ0）=BPP / （λ / Π）
Es ist nicht schwer, aus der obigen Formel zu finden, wo BPP nichts mit der Wellenlänge zu tun hat und der M²-Faktor auch mit der Laserwellenlänge zusammenhängt. Sie hängen hauptsächlich mit dem Design des Laserresonators und der Montagegenauigkeit zusammen.
Der Wert des M²-Faktors liegt unendlich nahe bei 1, was das Verhältnis von realen Daten und idealen Daten angibt. Wenn die realen Daten näher an den idealen Daten liegen, ist die Strahlqualität besser. Das heißt, wenn der M²-Faktor näher an 1 liegt, ist die Strahlqualität besser, entsprechend Je kleiner der Divergenzwinkel ist.
Für die Analyse der Strahlqualität hängt es hauptsächlich vom Strahlanalysator zur Messung ab. Der Strahlqualitätsanalysator kann genaue Messungen durchführen, aber die Verwendung eines Punktanalysators erfordert komplexe Operationen, das Sammeln von Laserquerschnittsdaten von verschiedenen Positionen und das anschließende Synthetisieren von M²-Daten über das integrierte Programm des Instruments' Wenn während des Probenahmevorgangs Betriebsfehler oder Messfehler auftreten, können Sie den Wert von M² nicht messen und analysieren. Für Hochleistungsmessungen ist ein komplexes Dämpfungssystem erforderlich, um die Laserleistung innerhalb des messbaren Bereichs zu halten, um eine Beschädigung der Erfassungsfläche des Instruments aufgrund übermäßiger Leistung zu vermeiden.
Gemäß der obigen Figur können der Faserkern und die numerische Apertur geschätzt werden. Für Faserlaser ist der Strahltaillenradius ω0=Faserkerndurchmesser / 2=R, θ=sinα=α=NA (numerische Faserapertur)
Daraus kann geschlossen werden:
Je kleiner der BPP, desto besser die Laserstrahlqualität.
Für einen 1,08 um Faserlaser ist der Einzelgrundmodus M2=1, BPP=λ / Π=0,344 mm mrad
Für einen 10,2 um CO2-Laser ist der Einzelgrundmodus M2=1, der BPP=3,38 mm mrad
Unter der Annahme, dass die beiden Single-Fundamental-Mode-Laser (oder Multimode-M2-Laser gleich sind) nach dem Fokussieren der Divergenzwinkel gleich sind, beträgt der Brennweiten-Durchmesser des CO2-Lasers das Zehnfache des Faserlasers.
Je näher M² an 1 liegt, desto besser ist die Strahlqualität des Lasers.
Wenn sich der Laserstrahl in einer Gaußschen oder nahezu Gaußschen Verteilung befindet, ist der tatsächliche Laser umso näher am idealen Gaußschen Laser und desto besser ist die Strahlqualität, je näher der M²-Faktor an 1 liegt.