Laser beam quality
લેસર વિજ્ઞાનમાં, લેસર બીમની ગુણવત્તા બીમ ઇલ્યુમિનેશન પેટર્નના પાસાઓ અને ચોક્કસ લેસર બીમના પ્રસાર અને પરિવર્તન ગુણધર્મો (જગ્યા-બેન્ડવિડ્થ માપદંડ) ની ગુણવત્તાને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. બીમ પેટર્નનું નિરીક્ષણ અને રેકોર્ડિંગ કરીને, ઉદાહરણ તરીકે, કોઈ બીમના અવકાશી સ્થિતિના ગુણધર્મોનું અનુમાન કરી શકે છે અને બીમ અવરોધ દ્વારા કાપવામાં આવી રહી છે કે નહીં; લેન્સ સાથે લેસર બીમને કેન્દ્રિત કરીને અને ન્યૂનતમ સ્પોટ કદને માપવાથી, વખતની વિવર્તન મર્યાદા અથવા ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની ગુણવત્તાની ગણતરી કરી શકાય છે. એન્થોની ઇ. સિગમેન લેસર બીમ ગુણવત્તાના પરિબળ માટે ઔપચારિકતાનો પ્રસ્તાવ મૂકનારા પ્રથમ વ્યક્તિ હતા, જેને તરંગલંબાઇથી સ્વતંત્ર, વિવિધ બીમ સાથે સરખાવવા માટે માપી શકાય અને તેનો ઉપયોગ કરી શકાય. આ પરિબળને બીમ પ્રસાર ગુણોત્તર (એમ 2) કહેવામાં આવે છે, અને તે બીમ પરિમાણ ઉત્પાદન સાથે નજીકથી સંબંધિત છે. જ્યારે M2 પરિબળ બીમની અવકાશી લાક્ષણિકતાઓ પર વિગતવાર માહિતી આપતું નથી, તે સૂચવે છે કે તે મૂળભૂત-મોડ ગૌસીયન બીમની કેટલી નજીક છે. તે બીમ માટે સૌથી નાનું સ્થળ કદ તેમજ બીમ વિચલન પણ નક્કી કરે છે. M2, ઉદાહરણ તરીકે, લેસર ગેઇન માધ્યમમાં પાવર-પ્રેરિત થર્મલ લેન્સિંગને કારણે બીમ વિકૃતિઓનો સંકેત પણ આપી શકે છે, કારણ કે તે વધશે. સરળ ગુણવત્તાના મેટ્રિક તરીકે M2 પરિમાણની કેટલીક મર્યાદાઓ છે. તેને સચોટ રીતે માપવું મુશ્કેલ હોઈ શકે છે, અને પૃષ્ઠભૂમિ ઘોંઘાટ જેવા પરિબળો એમ2માં મોટી ભૂલો પેદા કરી શકે છે. વિતરણની "પૂંછડીઓ" માં સારી રીતે શક્તિ ધરાવતા બીમમાં M2 હોય છે જે અપેક્ષા કરતા ઘણો મોટો હોય છે. સિદ્ધાંતમાં, આદર્શ ટોફેટ લેસર બીમ અનંત એમ 2 ધરાવે છે, જો કે આ કોઈપણ ભૌતિક રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવા ટોફેટ બીમ માટે સાચું નથી. શુદ્ધ બેસલ બીમ માટે, M2 ની ગણતરી પણ કરી શકાતી નથી. "ગુણવત્તા" ની વ્યાખ્યા પણ એપ્લિકેશન પર આધારિત છે. જ્યારે ઉચ્ચ ગુણવત્તાની સિંગલ-મોડ ગૌસીયન બીમ (એકતાની નજીક M2) ઘણી એપ્લિકેશનો માટે શ્રેષ્ઠ છે, અન્ય એપ્લિકેશનો માટે એક સમાન મલ્ટીમોડ ટોફેટ બીમ તીવ્રતા વિતરણ જરૂરી છે. એક ઉદાહરણ લેસર સર્જરી છે. પાવર-ઇન-ધ-બકેટ અને સ્ટ્રેહલ ગુણોત્તર એ બીમની ગુણવત્તાને વ્યાખ્યાયિત કરવાના અન્ય બે પ્રયાસો છે. આ બંને પદ્ધતિઓ આપેલ વિસ્તારમાં કેટલી શક્તિ પહોંચાડવામાં આવે છે તે માપવા માટે લેસર બીમ પ્રોફાઇલરનો ઉપયોગ કરે છે. એમ2, પાવર-ઇન-ધ-બકેટ અને સ્ટ્રેહલ રેશિયો વચ્ચે કોઈ સરળ રૂપાંતરણ પણ નથી. M2 વ્યાખ્યાઓ અવકાશમાં ફેલાતા શુદ્ધ ગૌસીયન TEM00 બિનકેંદ્રિત બીમના વિચલન માટેનું સમીકરણ આના દ્વારા આપવામાં આવે છે, (1) જ્યાં D00 એ બીમ કમરનો વ્યાસ છે, અને λ એ તરંગલંબાઇ છે. ઉચ્ચ મોડ બીમ ઘણીવાર મોટા બીમ કમર, D0 થી શરૂ થાય છે, અને/અથવા ઝડપી વિચલન ધરાવે છે. આ કિસ્સામાં સમીકરણ (1) બને છે, (2) જ્યાં θ0 અને D0 એ ઉચ્ચ મોડ બીમનું વિચલન અને કમર છે અને M2 એ 1 કરતા વધારે છે અને તેને ISO 11146 ધોરણ મુજબ "બીમ પ્રોપેગેશન રેશિયો" નામ આપવામાં આવ્યું છે. જ્યારે ગૌસીયન લેસર બીમ કેન્દ્રિત હોય છે, ત્યારે કેન્દ્રિત સ્થળ વ્યાસને આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, (3) જ્યાં d00 એ આદર્શ કેન્દ્રિત સ્થળ વ્યાસ છે, f એ કેન્દ્રિત લેન્સની કેન્દ્રીય લંબાઈ છે, અને D00 એ ઇનપુટ બીમ કમર છે અને તેને લેન્સથી એક કેન્દ્રીય લંબાઈ મૂકવામાં આવે છે. જો કે, જ્યારે મલ્ટીમોડ બીમ કેન્દ્રિત થાય છે, ત્યારે સમીકરણ (3) બને છે. (4) એમ2 માપ એમ2 એક જ બીમ રૂપરેખા માપમાંથી નક્કી કરી શકાતું નથી. ISO/DIS 11146 વ્યાખ્યાયિત કરે છે કે M2 ની ગણતરી નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે માપનની શ્રેણીમાંથી થવી જોઈએ. M2 ને વાસ્તવિક બીમ પર જાણીતા કેન્દ્રીય લંબાઈના નિશ્ચિત સ્થિતિ લેન્સ સાથે બીમ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીને માપવામાં આવે છે, અને પછી બીમ કમર અને વિચલનની લાક્ષણિકતાઓને માપવામાં આવે છે. આ માપ લેસર બીમ પ્રોફાઇલર દ્વારા લઈ શકાય છે. બહુવિધ માપ એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે ન્યૂનતમ બીમ વ્યાસ મળી આવે અને "કર્વ ફિટ" ને સક્ષમ કરે છે જે માપનની ભૂલને ઘટાડીને ગણતરીની ચોકસાઈમાં સુધારો કરે છે. સંદર્ભો બીમ ગુણવત્તા