9、激光束特性表征与应用：M² 模型解析

激光束特性表征与应用：M² 模型解析

1. 激光束不对称类型概述

激光束在实际应用中常常会出现各种不对称情况，了解这些不对称类型对于激光束的表征和应用至关重要。常见的激光束不对称类型主要有以下三种：
- 简单像散（Simple Astigmatism） ：在这种情况下，两个正交主传播平面的束腰位置不重合（$Z_{ax} \neq Z_{ay}$），但束腰直径相等（$W_{ax} = W_{ay}$），且光束质量也相同（$M_x^2 = M_y^2$）。由于束腰直径和光束质量相同，远场发散角也相同，因此在汇聚和发散的远场中，光束呈现圆形。在两个束腰平面，光束横截面为椭圆形，一个在垂直平面，另一个在水平平面，且短轴相等。在束腰中间位置，光束变为圆形，类似于几何光学中像散处理的“最小弥散圆”点。简单像散光束的特点是在两端和中间有三个圆形横截面，中间夹着正交取向的椭圆形横截面。
- 产生原因 ：具有三个球面镜的谐振腔，其中一个离轴使用以产生内部焦点，若没有像散补偿，就可能产生简单像散光束；许多二极管激光器由于平行于结平面和垂直于结平面的通道效应不同，会产生像散，同时还可能伴有其他两种不对称类型；采用角度匹配二次谐波产生的光束，由于在双折射倍频晶体的相位匹配平面中存在走离效应，也可能出现像散。
- 不对称束腰（Asymmetric Waists） ：此时束腰直径不相等。由于束腰直径不同但光束质量相等，在远场中，发散起主导作用，横截面为椭圆形，椭圆的长轴（水平方向）与束腰椭圆的长轴（垂直方向）垂直。在束腰位置周围对称放置的平面上有圆形横截面，与简单像散情况的几何形状相似，只是椭圆和圆形互换