光束質(zhì)量分析儀（光束分析儀，模式分析儀）是一種診斷裝置，可以測量激光光束的整個光強截面，即不僅能測量光束半徑還可以測量得到細(xì)節(jié)形狀。

光束質(zhì)量分析儀可以用于以下方面：定性給出光束截面可以用于激光的對準(zhǔn)，而測量光軸不同位置處的光束半徑可以計算M2因子或者光束參量乘積，定性表征光束質(zhì)量。

采用合適的激光光束診斷方法控制光束質(zhì)量在很多激光器應(yīng)用中都很重要，例如，材料加工；例如，如果可以控制光束質(zhì)量，就可以得到更加一致的鉆孔質(zhì)量。

光束質(zhì)量M2因子是一個無量綱的參數(shù)，用來表征真實世界激光束的缺陷程度。

最簡單的M2因子可以定義為：實際光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角與具有相同束腰直徑的理論衍射極限光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角之比：

M2=（Θ/θ）

式中，Θ是實際光束的實測遠(yuǎn)場全角發(fā)散角，θ是完美TEM00高斯光束的理論遠(yuǎn)場發(fā)散角，其束腰直徑與實際光束相同。

因此，完美TEM00高斯光束的M2=1。但沒有激光束是“完美的”。激光腔、激光介質(zhì)或輸出/輔助光學(xué)元件的局限性意味著大多數(shù)光束不是理想情況下的衍射限制、高斯分布、純TEM00模式。即便是一個較好的實驗級HeNe激光器，其M2的范圍也在1.05到1.2之間，而不能達(dá)到完美TEM00高斯光束的1.0 。

對于通過空間傳播的激光束，其發(fā)散角θ0的方程如下：

θ0= M2λ/πw0（w0是激光束的束腰直徑）

而對于純高斯TEM00光束，M2等于1，因此束腰半徑計算如下：w0 = λ/πθ (θ是光束經(jīng)過透鏡后的發(fā)散角)

而對于實際光束，M2大于1，因此束腰半徑也將大于理想的高斯光束的半徑。

M2在真實光束上測量的主要方法是，用已知焦距的固定位置透鏡聚焦光束，然后測量聚焦光束的束腰及束腰兩側(cè)的多個光斑。根據(jù)ISO/DIS 11146標(biāo)準(zhǔn)，為了精確計算M2，必須在聚焦束腰區(qū)域進(jìn)行至少5次測量，并在遠(yuǎn)離束腰兩個銳利范圍的遠(yuǎn)場進(jìn)行至少5次測量。多次測量確保找到最小光束寬度。

M2的精確計算是通過使用距透鏡已知距離處的多次光束寬度測量數(shù)據(jù)，結(jié)合聚焦透鏡的已知特性進(jìn)行的。此外，多個測量使“曲線擬合”成為可能，通過最小化任何單個點的測量誤差來提高計算精度。

M2因子具有以下重要特點：

① M2因子能夠表示實際光束與理想基模高斯(TEM00)光束的近似程度。

② 光束通過理想光學(xué)系統(tǒng)的前后M2大小因子不變。

M2=1必然標(biāo)志著該光束為高斯光束，然而反過來講卻未必正確，即高斯光束不一定是M2為1。理解這一點非常重要，因為甚至很多激光制造商也不清楚這一點。購買激光器時要尤其注意，以免商品不符合應(yīng)用的需求。

M2是非常重要的參數(shù)，因為它決定了該光束能被聚焦的最小半徑，進(jìn)一步也基本決定了光束的最大峰值功率。對于很多非線性研究來說，高峰值功率是必須的。

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