Laser beam quality
लेजर विज्ञान में, लेजर बीम की गुणवत्ता बीम रोशनी पैटर्न के पहलुओं और एक विशेष लेजर बीम के प्रसार और परिवर्तन गुणों (अंतरिक्ष-बैंडविड्थ मानदंड) के गुणों को परिभाषित करती है। उदाहरण के लिए, बीम पैटर्न को देखकर और रिकॉर्ड करके, कोई भी बीम के स्थानिक मोड गुणों का अनुमान लगा सकता है और क्या बीम को एक बाधा द्वारा क्लिप किया जा रहा है या नहीं; एक लेंस के साथ लेजर बीम को केंद्रित करके और न्यूनतम स्पॉट आकार को मापकर, विवर्तन सीमा या ध्यान केंद्रित करने की गुणवत्ता की गणना की जा सकती है। एंथनी ई. सिगमैन लेजर किरण गुणवत्ता कारक के लिए औपचारिकता का प्रस्ताव करने वाले पहले व्यक्ति थे जिन्हें मापा जा सकता था और तरंग दैर्ध्य से स्वतंत्र विभिन्न किरणों की तुलना करने के लिए उपयोग किया जा सकता था। कारक को बीम प्रसार अनुपात (एम2) कहा जाता है, और यह बीम पैरामीटर उत्पाद से निकटता से संबंधित है। जबकि एम2 कारक किरण की स्थानिक विशेषताओं के बारे में विस्तार से नहीं बताता है, यह इंगित करता है कि यह एक मौलिक-मोड गौसियन किरण होने के कितने करीब है। यह बीम के लिए सबसे छोटे स्थान के आकार के साथ-साथ बीम विचलन को भी निर्धारित करता है। एम2, उदाहरण के लिए, लेजर गेन माध्यम में शक्ति-प्रेरित थर्मल लेंसिंग के कारण बीम विकृतियों का संकेत भी दे सकता है, क्योंकि यह बढ़ेगा। एक सरल गुणवत्ता मीट्रिक के रूप में एम2 पैरामीटर की कुछ सीमाएँ हैं। इसे सटीक रूप से मापना मुश्किल हो सकता है, और पृष्ठभूमि शोर जैसे कारक एम2 में बड़ी त्रुटियां पैदा कर सकते हैं। वितरण की "पूंछ" में अच्छी तरह से बिजली वाली किरणों में एम2 अपेक्षा से बहुत बड़ा होता है। सिद्धांत रूप में, एक आदर्श टोफैट लेजर बीम में अनंत एम2 होता है, हालांकि यह किसी भी भौतिक रूप से प्राप्त करने योग्य टोफैट बीम के बारे में सच नहीं है। शुद्ध बेसेल किरण के लिए, कोई एम2 की गणना भी नहीं कर सकता है। "गुणवत्ता" की परिभाषा भी अनुप्रयोग पर निर्भर करती है। जबकि एक उच्च गुणवत्ता वाली एकल-मोड गौसियन बीम (एम2 एकता के करीब) कई अनुप्रयोगों के लिए इष्टतम है, अन्य अनुप्रयोगों के लिए एक समान मल्टीमोड टॉफेट बीम तीव्रता वितरण की आवश्यकता होती है। इसका एक उदाहरण लेजर सर्जरी है। पावर-इन-द-बकेट और स्ट्रेल अनुपात बीम की गुणवत्ता को परिभाषित करने के दो अन्य प्रयास हैं। ये दोनों विधियाँ एक लेजर बीम प्रोफाइलर का उपयोग यह मापने के लिए करती हैं कि किसी दिए गए क्षेत्र में कितनी शक्ति वितरित की जाती है। एम2, पावर-इन-द-बकेट और स्ट्रेल अनुपात के बीच कोई सरल रूपांतरण भी नहीं है। M2 परिभाषाएँ अंतरिक्ष के माध्यम से प्रसारित होने वाले एक शुद्ध गौसी TEM00 केंद्रित बीम के विचलन के लिए समीकरण इस प्रकार दिया गया है, (1) जहाँ D00 बीम कमर का व्यास है, और λ तरंग दैर्ध्य है। उच्च मोड बीम अक्सर एक बड़ी बीम कमर, D0, और/या एक तेज विचलन ≤0 के साथ शुरू होते हैं। इस मामले में समीकरण (1) बन जाता है, (2) जहां θ0 और D0 एक उच्च मोड बीम का विचलन और कमर हैं और M2 1 से अधिक है और इसे ISO 11146 मानक के अनुसार "बीम प्रसार अनुपात" नाम दिया गया है। जब एक गॉसियन लेजर बीम केंद्रित होता है, तो केंद्रित स्थान व्यास को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है, (3) जहां d00 आदर्श केंद्रित स्थान व्यास है, f फोकस लेंस की केंद्र लंबाई है, और D00 इनपुट बीम कमर है और इसे लेंस से एक केंद्र लंबाई पर रखा जाता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। हालांकि, जब एक मल्टीमोड बीम केंद्रित होता है, तो समीकरण (3) बन जाता है। (4) एम2 माप एम2 को एकल बीम प्रोफाइल माप से निर्धारित नहीं किया जा सकता है। आईएसओ/डीआईएस 11146 परिभाषित करता है कि एम2 की गणना मापों की एक श्रृंखला से की जानी चाहिए जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। M2 को वास्तविक किरणों पर ज्ञात फोकल लंबाई के एक निश्चित स्थिति लेंस के साथ किरण को केंद्रित करके मापा जाता है, और फिर किरण कमर और विचलन की विशेषताओं को मापा जाता है। इन मापों को लेजर बीम प्रोफाइलर के साथ लिया जा सकता है। कई माप यह सुनिश्चित करते हैं कि न्यूनतम बीम व्यास पाया जाता है और एक "वक्र फिट" को सक्षम करता है जो माप त्रुटि को कम करके गणना की सटीकता में सुधार करता है। संदर्भ बीम गुणवत्ता