Bij de productie en het gebruik van lasers is het onvermijdelijk om de detectie en karakterisering van de straalkwaliteit te betrekken. M2 en BPP zijn de twee meest gebruikte fysieke grootheden die de kwaliteit van laserstralen uitdrukken. M2 en BPP zijn afgeleid op basis van hetzelfde fysieke concept, zodat ze naar elkaar kunnen worden omgezet.
De reden waarom de straalkwaliteit belangrijk is, is dat het een belangrijke fysieke grootheid is om de kwaliteit van de laser te beoordelen en of deze laserprecisie kan worden verwerkt. Voor veel soorten single-mode outputlasers hebben hoogwaardige lasers meestal een hoge straalkwaliteit, wat overeenkomt met zeer kleine M2, zoals 1,05 of 1,1. En de laser kan gedurende zijn hele levensduur een goede straalkwaliteit behouden, en de M2-waarde is vrijwel ongewijzigd. Voor precisiebewerkingen met laserstralen is een laserstraal met een hoge straalkwaliteit meer bevorderlijk voor vormgeving, waardoor laserbewerkingen met een platte bovenkant worden uitgevoerd zonder het substraat te beschadigen en zonder thermische effecten. In het daadwerkelijke gebruik, bij het markeren van laserspecificaties, wordt M2 meestal gebruikt voor halfgeleiderlasers en gaslasers, terwijl BPP meestal wordt gebruikt voor fiberlasers.
Hoe de kwaliteit van de straal te kalibreren? De straalkwaliteit die de laser beschrijft, wordt gewoonlijk uitgedrukt door twee parameters: BPP en M². M² wordt ook vaak geschreven als M2, wat kan worden gelezen als M-kwadraat of M2. De volgende afbeelding is de lengteverdeling van de Gauss-straal, waarbij de straal van de taille W en de halve hoek van de divergentie in het verre veld θ.
BPP (Beam Parameter Product) wordt gedefinieerd als straal taille × verre veld divergentiehoek
BPP=W × θ
Divergentiehoek van het halve veld van de Gauss-straal:
θ0=λ/ΠW0
M²: de verhouding van het straalparameterproduct tot het straalparameterproduct van de Gaussische straal van de fundamentele modus:
M2=（W × θ） / （W0 × θ0）=BPP / （λ / Π）
Het is niet moeilijk om uit de bovenstaande formule te vinden, waarbij BPP niets te maken heeft met de golflengte, en de M²-factor ook gerelateerd is aan de lasergolflengte. Ze hebben voornamelijk betrekking op het ontwerp van de laserholte en de nauwkeurigheid van de montage.
De waarde van de M²-factor ligt oneindig dicht bij 1, wat de verhouding tussen echte gegevens en ideale gegevens aangeeft. Wanneer de echte gegevens dichter bij de ideale gegevens liggen, is de straalkwaliteit beter. Dat wil zeggen, wanneer de M²-factor dichter bij 1 ligt, is de straalkwaliteit beter, overeenkomstig Hoe kleiner de divergentiehoek.
Voor de analyse van de straalkwaliteit hangt het voornamelijk af van de bundelanalysator voor metingen. De straalkwaliteitsanalysator kan nauwkeurige metingen uitvoeren, maar het gebruik van een puntanalysator vereist complexe bewerkingen, waarbij laserdoorsnedegegevens van verschillende posities worden verzameld en vervolgens M²-gegevens worden gesynthetiseerd via het ingebouwde programma van het instrument' Als er tijdens het bemonsteringsproces operationele fouten of meetfouten zijn, kunt u de waarde van M² niet meten en analyseren. Voor metingen met hoog vermogen is een complex verzwakkingssysteem vereist om het laservermogen binnen het meetbare bereik te houden om schade aan het detectieoppervlak van het instrument als gevolg van overmatig vermogen te voorkomen.
Volgens de bovenstaande figuur kunnen de vezelkern en de numerieke apertuur worden geschat. Voor fiberlasers is de straal taillestraal ω0=vezelkerndiameter / 2=R, θ=sinα=α=NA (fiber numerieke apertuur)
Hieruit kan worden geconcludeerd:
Hoe kleiner de BPP, hoe beter de kwaliteit van de laserstraal.
Voor 1,08um fiberlaser, enkele fundamentele modus M2=1, BPP=λ / Π=0,344 mm mrad
Voor 10,2um CO2-laser, enkele fundamentele modus M2=1, BPP=3,38 mm mrad
Ervan uitgaande dat de twee enkele fundamentele modus (of multimode M2 hetzelfde is) lasers na focussering, is de divergentiehoek hetzelfde, dan is de focale diameter van de CO2-laser 10 keer die van de fiberlaser.
Hoe dichter M² bij 1 is, hoe beter de straalkwaliteit van de laser.
Wanneer de laserstraal in een Gaussiaanse of bijna-Gaussische verdeling is, hoe dichter de M²-factor bij 1 ligt, hoe dichter de eigenlijke laser bij de ideale Gauss-laser is en hoe beter de straalkwaliteit.