激光功率

激光器發(fā)出的光是以光能的形成出現(xiàn)，與電能一樣，光能也是一種能源。與發(fā)電機(jī)的輸出功率類似，激光器的輸出功率也是一個(gè)度量單位時(shí)間內(nèi)輸出激光能量的物理量，常見的單位毫瓦(mW)、瓦(W)、千瓦(kW)。功率穩(wěn)定性

• 功率穩(wěn)定性表征的是激光輸出功率在一定時(shí)間內(nèi)的不穩(wěn)定度，一般分為RMS穩(wěn)定性和峰峰值穩(wěn)定性。
• RMS穩(wěn)定性：測試時(shí)間內(nèi)所有采樣功率值的均方根與功率平均值的比值，描述輸出功率偏離功率平均值的分散程度。
• 峰峰值穩(wěn)定性：輸出功率的zui大值和zui小值之差與功率平均值的百分比，表示的是一定時(shí)間內(nèi)的輸出功率的變化范圍。

光束質(zhì)量因子(M2因子);光束參數(shù)積(BPP)

光束質(zhì)量因子定義是激光束腰半徑和光束遠(yuǎn)場發(fā)散角的乘積與理想基模光束束腰半徑和基模發(fā)散角乘積的比值，即M2=θw/θ理想w理想。光束質(zhì)量會(huì)影響到激光的聚焦效果以及遠(yuǎn)場的光斑分布情況，是用來表征激光光束質(zhì)量的參數(shù)，實(shí)際激光光束質(zhì)量因子越接近1，說明光束質(zhì)量越接近理想光束，它的光束質(zhì)量就越好。光束整形器一般要求高質(zhì)量的激光，M2需要小于1.5。

光束參數(shù)積(BPP)的定義是激光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角與光束zui窄點(diǎn)半徑的乘積，即BPP=θw，它可以量化激光束的質(zhì)量以及將激光束聚焦到小點(diǎn)的程度。光束參數(shù)積即BPP值越低，光束的質(zhì)量就越好。BPP值與M2值的關(guān)系是：M2值是BPP值的歸一化值，針對具有特定波長的衍射極限光束進(jìn)行歸一化，即M2=BPP/BPP0，其中BPP0是特定波長的衍射極限光束的值，且BPP0=λ/π。

光斑

定義是垂直于激光傳播方向上某一橫截面上的穩(wěn)定場的分布，激光器的光斑表征就是橫模分布，通過光斑分析儀或激光輪廓分析儀可以將橫模分布模擬出來，得到激光器的一些光束特征。常見的橫模模式有基橫模(TEM)，TEM模指的是在x方向的截面上有一點(diǎn)光強(qiáng)為0，TEM模指的是在x和y方向截面均有一點(diǎn)光強(qiáng)為0。

光束直徑

測量激光光束直徑的方法有套孔法、激光光束分析儀(CCD)測量、刀口法等。

• 套孔法：一般不使用這種方法，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)上比較難做到孔與光束同心，實(shí)驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)度不能保證。
• CCD測試：測試結(jié)果的精準(zhǔn)度可以保證，激光光束直徑有四種計(jì)算方法，zui常用的是以峰值的13.5%(1/e2)為邊界的定義方法。但是這種方法也有一定的缺陷，對于高功率的激光器，CCD存在飽和現(xiàn)象，如用衰減器，可能會(huì)引起光束畸形。
• 刀口法：對于測量高功率激光器的激光光束直徑是一種比較理想的方法。取待測激光透過刀口邊緣光功率占總功率10%的刀口位置坐標(biāo)為x，取待測激光透過刀口邊緣光功率占總功率90%的刀口位置坐標(biāo)為x，可以測得激光光束直徑=1.561×|x - x |(其中1.561是擬合值)。

之所以我們用直尺或人眼測量可見光的激光光束直徑，要比使用專業(yè)的激光輪廓分析儀測得的激光光束直徑大，是因?yàn)榧す饽芰繌?qiáng)且集中，激光作用到物體上會(huì)有一定的發(fā)散，而使用激光輪廓分析儀來測量，常用峰值強(qiáng)度的(13.5%)處的激光光束直徑作為測量結(jié)果，因此得到的結(jié)果會(huì)相對小。

衍射極限

一個(gè)物點(diǎn)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)在理想情況下得到一個(gè)理想像點(diǎn)，但是實(shí)際上不可能形成，由于衍射的限制，這個(gè)物點(diǎn)得到的是一個(gè)夫瑯禾費(fèi)衍射像，在一定的波長下將激光束聚焦到小點(diǎn)的潛力盡可能高，即激光束質(zhì)量理想，這就是衍射極限。常用的通光孔徑是圓形，所以形成的夫瑯禾費(fèi)衍射像就是艾里斑，這種情況下每個(gè)物點(diǎn)形成的像就是一個(gè)彌散斑，當(dāng)兩個(gè)斑靠近后就很難辨別，因此限制光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，且斑越大分辨率越低，這就是光的衍射造成的物理光學(xué)的限制。

對于激光光束，衍射極限光斑直徑的公式：d=4LλM2/πD，其中L為工作距離，λ為激光光束波長，M2為激光光束質(zhì)量因子，D為激光光束直徑。

激光調(diào)制

激光調(diào)制是利用光作為載體，把信號(hào)加載到光上，按照應(yīng)用要求，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞。一般調(diào)制分為外調(diào)制和內(nèi)調(diào)制，外調(diào)制指的是激光器外部進(jìn)行的機(jī)械調(diào)制或者聲光調(diào)制，內(nèi)調(diào)制是指電源驅(qū)動(dòng)調(diào)制，內(nèi)調(diào)制又分為TTL調(diào)制和模擬調(diào)制。

• TTL調(diào)制：通過外給激光器輸入一定頻率的高低電平(0V或者5V)直流信號(hào)時(shí)，低電平閉光，高電平時(shí)滿功率輸出，高電平幅值不可調(diào)。
• 模擬調(diào)制：可以自由地調(diào)整輸入信號(hào)的波形與幅值大小，激光輸出功率隨輸入模擬電壓信號(hào)線性改變。