激光器的基本参数和基础知识

激光器的基本参数和基础知识
激光器的基本参数和基础知识
世界上第⼀台激光器出现于1960年，如今在许多领域中离不开激光器的应⽤，特别是⽣产、科研、医疗等这些领域。

在不同的应⽤中所使⽤的激光器是不同的，所以我们需要了解激光器的参数，它直接决定了使⽤者对激光光源的选择。

本⽂章整理了常规激光器的⼀些参数定义并做简单说明，希望能帮助⼤家能够找到合适的激光产品。

⼀、输出功率（激光功率）
激光器发出的光是以光能的形成出现，与电能⼀样，光能也是⼀种能源。

与发电机的输出功率类似，激光器的输出功率也是⼀个度量单位时间内输出激光能量的物理量，常见的单位毫⽡（mW）、⽡（W）、千⽡（kW）。

⼆、功率稳定性
功率稳定性表征的是激光输出功率在⼀定时间内的不稳定度，⼀般分为RMS稳定性和峰峰值稳定性。

RMS稳定性：测试时间内所有采样功率值的均⽅根与功率平均值的⽐值，描述输出功率偏离功率平均值的分散程度。

峰峰值稳定性：输出功率的最⼤值和最⼩值之差与功率平均值的百分⽐，表⽰的是⼀定时间内的输出功率的变化范围。

三、光束质量因⼦（M2因⼦）；光束参数积（BPP）
光束质量因⼦定义是激光束腰半径和光束远场发散⾓的乘积与理想基模光束束腰半径和基模发散⾓乘积的⽐值，即M2=θw/θ理想w理想。

光束质量会影响到激光的聚焦效果以及远场的光斑分布情况，是⽤来表征激光光束质量的参数，实际激光光束质量因⼦越接近1，
横模的定义是垂直于激光传播⽅向上某⼀横截⾯上的稳定场的分布，激光器的光斑表征就是横模分布，通过光斑分析仪或激光轮廓分析仪可以将横模分布模拟出来，得到激光器的⼀些光束特征。

常见的横模模式有基横模（TEM），TEM，TEM等，还有图1所⽰的其他模式，其中TEM模指的是在x⽅向的截⾯上有⼀点光强为0，TEM模指的是在x 和y⽅向截⾯均有⼀点光强为0。

⼑⼝法：对于测量⾼功率激光器的激光光束直径是⼀种⽐较理想的⽅法。

取待测激光透过⼑⼝边缘光功率占总功率10%的⼑⼝位置坐标为x，取待测激光透过⼑⼝边缘光功率占总功率90%的⼑⼝位置坐标为x，可以测得激光光束直径=1.561×|x-x|（其中1.561是拟合值）。

使⽤激光轮廓分析仪来测量，常⽤峰值强度的（13.5%）处的激光光束直径作为测量结果，因此得到的结果会相对⼩。

六、衍射极限
⼀个物点经过光学系统在理想情况下得到⼀个理想像点，但是实际上不可能形成，由于衍射的限制，这个物点得到的是⼀个夫琅⽲费衍射像，在⼀定的波长下将激光束聚焦到⼩点的潜⼒尽可能⾼，即激光束质量理想，这就是衍射极限。

常⽤的通光孔径是圆形，所以形成的夫琅⽲费衍射像就是艾⾥斑，这种情况下每个物点形成的像就是⼀个弥散斑，当两个斑靠近后就很难辨别，因此限制光学系统的分辨率，且斑越⼤分辨率越低，这就是光的衍射造成的物理光学的限制。

对于激光光束，衍射极限光斑直径的公式：d=4LλM2/πD，其中L为⼯作距离，λ为激光光束波长，M2为激光光束质量因⼦，D 为激光光束直径。

七、激光调制
激光调制是利⽤光作为载体，把信号加载到光上，按照应⽤要求，实现信号的传递。

⼀般调制分为外调制和内调制，外调制指的是激光器外部进⾏的机械调制或者声光调制，内调制是指电源驱动调制，内调制⼜分为TTL调制和模拟调制。

TTL调制：通过外给激光器输⼊⼀定频率的⾼低电平（0V或者5V）直流信号时，低电平闭光，⾼电平时满功率输出，⾼电平幅值不可调。

模拟调制：可以⾃由地调整输⼊信号的波形与幅值⼤⼩，激光输出功率随输⼊模拟电压信号线性改变。