Dans la production et l’utilisation des lasers, il est inévitable d’impliquer la détection et la caractérisation de la qualité des faisceaux. M2 et BPP sont les deux quantités physiques les plus couramment utilisées qui expriment la qualité des faisceaux laser. M2 et BPP sont dérivés sur la base du même concept physique, de sorte qu’ils peuvent être convertis les uns aux autres.
La raison pour laquelle la qualité du faisceau est important est qu’il s’agit d’une quantité physique clé pour juger de la qualité du laser et s’il peut être traité de précision laser. Pour de nombreux types de lasers de sortie mono-mode, les lasers de haute qualité ont généralement une haute qualité de faisceau, correspondant à Très petit M2, comme 1.05 ou 1.1. Et le laser peut maintenir une bonne qualité de faisceau tout au long de sa durée de vie, et la valeur M2 est presque inchangée. Pour l’usinage de précision laser, un faisceau laser de haute qualité de faisceau est plus propice à la mise en forme, effectuant ainsi l’usinage laser à toit plat sans endommager le substrat et sans effets thermiques. Dans l’utilisation réelle, lors du marquage des spécifications laser, M2 est principalement utilisé pour les lasers à état solide et lasers à gaz, tandis que BPP est principalement utilisé pour les lasers à fibres.
Comment calibrer la qualité du faisceau ? La qualité du faisceau décrivant le laser est généralement exprimée par deux paramètres : BPP et M². M² est également souvent écrit comme M2, qui peut être lu comme M au carré ou M2. La figure suivante est la distribution longitudinale du faisceau gaussien, où le rayon de taille du faisceau W et l’angle de divergence du champ lointain demi-angle θ.
BPP (Beam Parameter Product) est défini comme le rayon de taille du faisceau × angle de divergence de champ lointain
BPP=W × θ
Angle de divergence en demi-champ du faisceau gaussien :
θ0=λ / ΠW0
M² : rapport entre le produit de paramètre de faisceau et le produit de paramètre de faisceau du faisceau gaussien de mode fondamental :
M2=(W×θ)/(W0×θ0)=BPP /(λ/Π)
Il n’est pas difficile de trouver à partir de la formule ci-dessus, où BPP n’a rien à voir avec la longueur d’onde, et le facteur M² est également lié à la longueur d’onde laser. Ils sont principalement liés à la conception de cavité laser et la précision de l’assemblage.
La valeur du facteur M² est infiniment proche de 1, ce qui indique le rapport entre les données réelles et les données idéales. Lorsque les données réelles sont plus proches des données idéales, la qualité du faisceau est meilleure. Autrement dit, lorsque le facteur M² est plus proche de 1, la qualité du faisceau est meilleure, correspondant Plus l’angle de divergence est petit.
Pour l’analyse de la qualité du faisceau, il dépend principalement de l’analyseur de faisceau pour la mesure. L’analyseur de qualité du faisceau peut effectuer des mesures précises, mais l’utilisation d’un analyseur de taches nécessite des opérations complexes, la collecte de données de section transversale laser à partir de différentes positions, puis la synthèse des données M² à travers le programme intégré de l’instrument. S’il y a des erreurs opérationnelles ou des erreurs de mesure pendant le processus d’échantillonnage , vous ne pouvez pas mesurer et analyser la valeur de M². Pour la mesure de haute puissance, un système d’atténuation complexe est nécessaire pour maintenir la puissance laser dans la plage mesurable afin d’éviter des dommages à la surface de détection de l’instrument en raison d’une puissance excessive.
Selon la figure ci-dessus, le noyau de fibre et l’ouverture numérique peuvent être estimés. Pour les lasers à fibres, le rayon de taille du faisceau ω0=diamètre de noyau de fibre/2=R, θ=sinα=α=NA (ouverture numérique de fibre)
Il peut être conclu à partir de ceci:
Plus le BPP est petit, meilleure est la qualité du faisceau laser.
Pour le laser à fibres de 1,08um, mode fondamental unique M2=1, BPP=λ/Π=0.344 mm mrad
Pour le laser CO2 de 10,2um, mode fondamental unique M2=1, BPP=3,38 mm mrad
En supposant que les deux lasers simples en mode fondamental (ou multimode M2 sont les mêmes) après la mise au point, l’angle de divergence est le même, alors le diamètre focal du laser co2 est 10 fois supérieur à celui du laser à fibres.
Plus M² est proche de 1, meilleure est la qualité du faisceau du laser.
Lorsque le faisceau laser est dans une distribution gaussienne ou quasi-gaussienne, plus le facteur M² est proche de 1, plus le laser réel est proche du laser gaussien idéal, et plus la qualité du faisceau est grande.