影响光斑大小的因素

　　在进行激光切割时，需要将一束激光聚焦在一块尽可能小的光斑上。如果需使功率密度最大以进行精密切割，这是完全必需的。光斑大小受多种因素的影响，其中最重要的因素有：

　　激光模式 (M2)

　　衍射

　　球差

　　透镜的形状和焦距可以决定后两种因素。当然，激光模式是由激光器和光束传输系统决定的。

　　下列图片显示了这三种因素是如何影响光斑大小的，并介绍了如何计算平凸透镜、凹凸透镜和非球面透镜的光斑大小。这些说明大致描述了一个简单的程序，使您可以根据特定应用选择合适的透镜。

　　上图像是用 Spiricon Pyrocam III 照相机拍摄的，它显示的是一条用带十字标尺的透镜进行聚焦的 CO2 激光光束。透镜表面被分为四个象限。每个象限都含有一个略为倾斜的圆柱体抛物面形状。这种透镜表面形状会将每个象限中的激光束聚集成线段状。

　　上图像是用 Spiricon Pyrocam III 照相机拍摄的，它显示的是激光输出附近的一条 CO2 光栅调谐激光光束。注意，光束强度符合高斯分布规律。

　　衍射

　　光具有波的性质，因此不可避免地会出现衍射现象，该现象存在于所有的光学系统中，能够决定这些系统在性能方面的理论限值。衍射会使光束在传播过程中发生横向扩展。如果在对某个准直激光光束进行聚焦时使用的是一个“理想”透镜，那么光斑的大小将只受衍射作用的影响。计算光斑大小的公式如下：

　　spot size due to = 4MMλf / πD

　　where，

　　λ is wavelength

　　f  is lens focal length

　　D  is input beam diameter at the lens

　　MM  is the beam mode parameter

　　这一等式可以用来计算由非球面透镜产生的光斑大小。

　　衍射产生的最重要的影响是，它使光斑大小随焦距线性增加，但与光束的直径成反比。因此，如果某个特定透镜的输入激光光束直径增加，由于衍射变弱，光斑会变小。而且，如果对于某个特定激光光束，当焦距减小时，光斑也会变小。

　　M2 – 激光模式参数

　　正如您在上一个公式中看到的那样，焦点的大小与激光模式参数，即 M2成正比。M2 表示某条特定光束在传播过程中的发散速度；对于一条理想的 TEM00 激光光束而言， M2=1。这个参数是用高级仪表测出的，激光器制造商的规格中也会提供这一参数。