激光光束的光束参量乘积（BPP）详解

激光光束的光束参量乘积（BPP）详解

激光光束的光束参量乘积（BPP）是评估激光光束质量的重要参数。它定义为光束半径（束腰处）与半发散角（远场）的乘积，常用单位为 mm mrad。本文将详细介绍BPP的概念、计算方法及其在激光光束质量评估中的应用。

激光光束的光束参量乘积（BPP）是光束半径（束腰处）与半发散角（远场）的乘积。常用单位为 mm mrad（毫米乘以毫弧度）。BPP通常用来表征激光光束的光束质量：光束参量乘积越大，光束质量越差。

若定义非高斯光束的BPP需要重新定义光束半径和发散角。衍射极限高斯光束能达到的最小光束参量乘积为λ / π。例如，1064 nm光束的最小光束参量乘积约为0.339 mm mrad。

图1：不同类型激光器的光束参数乘积与M2值。由于激光器波长更长，其光束参量乘积比衍射极限的固态激光器大，但是比灯泵浦系统小。

非圆形截面光束在垂直方向与水平方向的BPP值是不同的。

光束在无象差光学系统中传输时，例如薄透镜，BPP值不变。如果该透镜使光束会聚，半径小于束腰半径，那么光束发散角相应的会增大。为了测量BPP，需要将光束会聚成某一合适尺寸，该尺寸取决于采用的仪器装置（例如，光束分析仪）和空间大小（需要几个瑞利长度）。

非理想的光学装置会损坏光束质量，使BPP值增大。有些特殊情况下，光学元件的很小象差（例如球形棱镜）还会减小光束的BPP值，这时光束畸变会被该元件补偿。

一个常用的相关的量为直径发散角乘积。