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1、光束质量评价方法------四种评价标准及其适用激光范围参考文献：1-10《激光光束质量的评价方法》激光光束质量是一个很有现实意义的论题,对不同应用的激光光束其质量的评价标准一般不同。本文给出了几种有代表性的激光光束质量的评价方法,并分别对各种评价标准的合理性与适用性进行了分析;研究了实际应用中对激光光束质量的一些要求和相关的评价参数。文章简介评价标准1、M2因子或其倒数K因子(光束传输因子)2、衍射极限倍数因子(β)3、桶中功率比(BQ)4、斯特列尔比(SR)空间束宽积光束在空间域的宽度（束腰宽度）和光束在频域的宽度（远场发散角）的乘积光束半径随传输距离变化的双曲线，在z=0时有最小
2、值这个位置被称为高斯光束的束腰位置M²因子从对M²因子和相关概念的分析可知:与远场发散角、聚焦光斑尺寸等[4]相比较,M²因子更为严格和全面地表征了激光光束质量。可以证明激光通过理想无像差和无穷大孔径光学系统时,虽然束腰直径或远场发散角要变化,但作为比较的物理量即束腰直径与远场发散角的乘积,M²因子是一个不变量。因此,使用M²因子比之仅用聚焦光斑尺寸或发散角衡量光束质量更为全面一些。应用类型对于低功率高斯型激光光束,用M²因子]定义光束能量,即光束光腰处光斑半径与远场发散角的乘积为一常数,避免了只用光斑半径或远场发散角作为光束质量的判据带来的不确定性。局限M²因子不适合于评价高能激光的
3、光束质量,高能激光的谐振腔一般是非稳腔,输出的激光光束不规则,将不存在"光腰",而且,对于能量分布离散型的高能激光光束,由二阶矩定义计算得到的光斑半径与实际相差很远。得到的M²因子误差很大。M²因子要求光束截面的光强分布不能有陡直边缘,比如对于"超高斯光束"M²因子就不适用.衍射极限倍数因子(β)的定义及确定1、定义式衍射极限倍数因子定义为β=θ/θ0。式中,θ为被测实际光束的远场发散角,θ0为理想光束(也称参考光束)的远场发散角。2、（如何确定）参考光束的选择对于同一实际光束,选取不同的参考光束会得到不同的β值,这样就给β因子的测定带来了不确定性和混乱,因此必须统一和规范参考光束的选
4、择。有研究表明,选取与被测光束发射孔径或面积相同的圆形实心均匀光束为参考光束,得到的远场发散角是所有相同孔径光束中衍射角最小的,适用于以β因子来评价激光武器系统的光束质量。远场发射角（角谱宽度）定义图示远场/近场光学远场远场是指距发射机5个波长或更远处的电磁场，该处的径向电场可忽略。由天线发生的功率通量密度近似的随距离的平方呈反比的关系的场域。传统的光学理论，如几何光学、物理光学等，通常只研究远离光源或者远离物体的光场分布，一般统称为远场光学。远场光学在原理上存在着一个远场衍射极限，限制了利用远场光学原理进行显微和其它光学应用时的最小分辨尺寸和最小标记尺寸。近场近场存在于距电磁辐射源(
5、例如发射天线)一个波长范围内的电磁场。近场光学则研究距离光源或物体一个波长范围内的光场分布。在近场光学研究领域，远场衍射极限被打破，分辨率极限在原理上不再受到任何限制，可以无限地小，从而基于近场光学原理可以提高显微成像与其它光学应用时的光学分辨率。适用激光范围（近场光束）总述：β因子能较合理地评价近场光束质量,它是描述激光系统光束质量的静态性能指标,但并没有考虑大气对激光的散射、湍流和热晕等作用。β因子为高能激光武器系统的光束质量提供了评价依据。β值的测量依赖于光束远场发散角的准确测量。局限性：由于激光本身的因素和在激光束传输过程中众多因素的影响,使得远场光的强度分布中含有较多的高阶空
6、间频率分量,强激光经衰减后用CCD接收测量光斑宽度的办法,很难探测到光斑的高阶分量,相对的空间强度分布很难反映出光斑的高阶分量,所得的β值不能真实反映由于高阶弥散引起的能量损失。它的准确测量对探测系统的要求较高,不适合于评价远距离传输的光束。桶中功率比(BQ)也称环围能量比/靶面上能量比1、定义式2、（如何确定）参考光束参数由于强度分布的横向尺度受到衍射极限的限制,桶的尺寸主要根据目标尺寸与衍射极限尺寸的相对大小以及具体的应用场合来选取,即用理想光束的“衍射极限桶”中的桶中能量与实际光束在同一桶中的桶中能量比值的开方作为这种应用目的下的光束质量的评价标准。当希望的光斑尺寸小于目标尺寸时
7、,为了更充分地反映目标上的激光能量分布,作为对式(的补充,可用一个“桶系列”中的能量多少来衡量能量集中度。“桶系列”是具有规范尺寸的几个同心环围,“规范尺寸”可取为理想光束远场光斑上的几个特征尺寸(见下面的说明)。另一种等价的做法是,用几个规范的能量百分比所相应的光斑尺寸评价远场光束的质量。适用范围（远场光束）总述:BQ值把光束质量和功率密度直接联系在一起,反映了激光束在目标靶面上的能量集中度,适合于对远场光束质量的评价,对强激光与目标的能量耦
