En la producción y uso de láseres, es inevitable involucrar la detección y caracterización de la calidad del haz. M2 y BPP son las dos cantidades físicas más comúnmente utilizadas que expresan la calidad de los rayos láser. M2 y BPP se derivan sobre la base del mismo concepto físico, por lo que se pueden convertir entre sí.
La razón por la que la calidad del haz es importante es que es una cantidad física clave para juzgar la calidad del láser y si se puede procesar con precisión con láser. Para muchos tipos de láseres de salida monomodo, los láseres de alta calidad suelen tener una calidad de haz alta, correspondiente a M2 muy pequeños, como 1.05 o 1.1. Y el láser puede mantener una buena calidad de haz durante toda su vida útil, y el valor de M2 prácticamente no cambia. Para el mecanizado de precisión láser, un rayo láser con alta calidad de haz es más propicio para la conformación, por lo que realiza un mecanizado láser de superficie plana sin dañar el sustrato y sin efectos térmicos. En el uso real, al marcar especificaciones de láser, M2 se usa principalmente para láseres de estado sólido y láseres de gas, mientras que BPP se usa principalmente para láseres de fibra.
¿Cómo calibrar la calidad del haz? La calidad del haz que describe el láser generalmente se expresa mediante dos parámetros: BPP y M². M² también se escribe a menudo como M2, que se puede leer como M al cuadrado o M2. La siguiente figura es la distribución longitudinal del haz gaussiano, donde el radio de cintura del haz W y el ángulo de divergencia del campo lejano medio ángulo θ.
BPP (producto de parámetro de haz) se define como el radio de la cintura del haz × el ángulo de divergencia del campo lejano
BPP=W × θ
Ángulo de divergencia de medio campo del haz gaussiano:
θ0=λ/ΠW0
M²: la relación entre el producto del parámetro del haz y el producto del parámetro del haz del haz gaussiano de modo fundamental:
M2=（W × θ） / （W0 × θ0）=BPP / （λ / Π）
No es difícil de encontrar a partir de la fórmula anterior, donde BPP no tiene nada que ver con la longitud de onda y el factor M² también está relacionado con la longitud de onda del láser. Están relacionados principalmente con el diseño de la cavidad láser y la precisión del ensamblaje.
El valor del factor M² es infinitamente cercano a 1, lo que indica la proporción de datos reales e ideales. Cuando los datos reales están más cerca de los datos ideales, la calidad del haz es mejor. Es decir, cuando el factor M² está más cerca de 1, la calidad del haz es mejor, correspondiendo Cuanto menor sea el ángulo de divergencia.
Para el análisis de la calidad del haz, depende principalmente del analizador de haz para la medición. El analizador de calidad del haz puede realizar mediciones precisas, pero el uso de un analizador puntual requiere operaciones complejas, recolectando datos de la sección transversal del láser de diferentes posiciones y luego sintetizando los datos M² a través del programa incorporado del instrumento&# 39. Si hay errores operativos o errores de medición durante el proceso de muestreo, no puede medir y analizar el valor de M². Para la medición de alta potencia, se requiere un sistema de atenuación complejo para mantener la potencia del láser dentro del rango medible para evitar daños a la superficie de detección del instrumento debido a una potencia excesiva.
Según la figura anterior, se pueden estimar el núcleo de la fibra y la apertura numérica. Para los láseres de fibra, el radio de la cintura del haz ω0=diámetro del núcleo de la fibra / 2=R, θ=sinα=α=NA (apertura numérica de la fibra)
Se puede concluir de esto:
Cuanto más pequeño sea el BPP, mejor será la calidad del rayo láser.
Para láser de fibra de 1.08um, modo fundamental simple M2=1, BPP=λ / Π=0.344 mm mrad
Para láser de CO2 de 10.2um, modo fundamental simple M2=1, BPP=3.38 mm mrad
Suponiendo que los dos láseres de modo fundamental único (o M2 multimodo es el mismo) después del enfoque, el ángulo de divergencia es el mismo, entonces el diámetro focal del láser de CO2 es 10 veces mayor que el del láser de fibra.
Cuanto más cercano esté M² a 1, mejor será la calidad del haz del láser.
Cuando el rayo láser está en una distribución gaussiana o casi gaussiana, cuanto más cerca esté el factor M² de 1, más cerca estará el láser real del láser gaussiano ideal y mejor será la calidad del rayo.