高(gao)功(gong)率(lv)激(ji)光(guang)加工過程中，影響激(ji)光(guang)熱(re)加工的因(yin)素很多，對于激(ji)光(guang)束，其中主要是焦(jiao)(jiao)點功(gong)率(lv)密度、焦(jiao)(jiao)斑(ban)(ban)形狀(zhuang)、光(guang)強分布和焦(jiao)(jiao)斑(ban)(ban)漂(piao)移等(deng)，這(zhe)些參數不僅與激(ji)光(guang)輸出功(gong)率(lv)有(you)關，而且(qie)更依賴于光(guang)束模式的分布和穩定性(xing)。

按照(zhao)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束對激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)加工(gong)的影響，可以把激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)加工(gong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束特(te)性參數分成(cheng)三類：功(gong)率(lv)(lv)特(te)性（激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)功(gong)率(lv)(lv)、功(gong)率(lv)(lv)密度、連續或脈(mo)沖）、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束特(te)性（光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束模式、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束質(zhi)量(liang)、異形(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束）、焦(jiao)(jiao)點(dian)特(te)性（焦(jiao)(jiao)點(dian)大(da)小、焦(jiao)(jiao)點(dian)位置(zhi)、焦(jiao)(jiao)深）。

這(zhe)些光(guang)(guang)束(shu)特(te)性參(can)數并不是(shi)(shi)獨立的(de)(de)(de)(de)，而(er)是(shi)(shi)相(xiang)互影(ying)(ying)響的(de)(de)(de)(de)。同樣功率的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)束(shu)，光(guang)(guang)束(shu)質(zhi)量(liang)越好，聚(ju)焦(jiao)焦(jiao)點(dian)(dian)就(jiu)越小(xiao)，焦(jiao)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)功率密(mi)度(du)就(jiu)越大(da)(da)(da)。同一(yi)束(shu)激(ji)(ji)光(guang)(guang)，采(cai)用(yong)短焦(jiao)距(ju)聚(ju)焦(jiao)鏡(jing)(jing)，可得到(dao)較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)聚(ju)焦(jiao)焦(jiao)點(dian)(dian)和(he)較(jiao)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)焦(jiao)點(dian)(dian)功率密(mi)度(du)，但(dan)是(shi)(shi)造成像差大(da)(da)(da)，鏡(jing)(jing)片加(jia)(jia)(jia)工困難(nan)，短聚(ju)焦(jiao)也容易造聚(ju)焦(jiao)鏡(jing)(jing)污染(ran)。采(cai)用(yong)長焦(jiao)距(ju)聚(ju)焦(jiao)鏡(jing)(jing)，可得到(dao)較(jiao)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)焦(jiao)斑和(he)較(jiao)長的(de)(de)(de)(de)焦(jiao)深，光(guang)(guang)斑偏移對(dui)激(ji)(ji)光(guang)(guang)加(jia)(jia)(jia)工的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)影(ying)(ying)響相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)。光(guang)(guang)束(shu)質(zhi)量(liang)作(zuo)為光(guang)(guang)束(shu)特(te)性中重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)參(can)數之一(yi)，對(dui)光(guang)(guang)束(shu)能量(liang)分布、聚(ju)焦(jiao)焦(jiao)點(dian)(dian)大(da)(da)(da)小(xiao)、功率密(mi)度(du)大(da)(da)(da)小(xiao)等重要(yao)(yao)參(can)數有很(hen)大(da)(da)(da)影(ying)(ying)響，是(shi)(shi)評價激(ji)(ji)光(guang)(guang)制造系統的(de)(de)(de)(de)關鍵參(can)數，它不僅標志了激(ji)(ji)光(guang)(guang)制造系統的(de)(de)(de)(de)可加(jia)(jia)(jia)工能力，還對(dui)激(ji)(ji)光(guang)(guang)材(cai)料加(jia)(jia)(jia)工過程產生重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。

任何(he)旋轉對稱的激光(guang)束(shu)具有三個參數特點：光(guang)腰(yao)位置Z0、光(guang)束(shu)束(shu)腰(yao)半徑(jing)ω0和(he)遠場(chang)發散角(半角)θ0。

多(duo)種(zhong)具有特征化的(de)(de)值(zhi)被用于描述(shu)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)的(de)(de)質量：K因(yin)(yin)子(zi)、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)質量因(yin)(yin)子(zi)(M2)及(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)參數(shu)積(ji)（BPP），這些特征值(zhi)通過(guo)簡單計算能相(xiang)互(hu)直接轉(zhuan)換。光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)參數(shu)積(ji)是(shi)θ0和ω0的(de)(de)乘積(ji)，在(zai)整個(ge)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)傳輸區域守恒。例如，通過(guo)安裝(zhuang)透鏡或(huo)擴束(shu)(shu)(shu)鏡來改變光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)直徑(jing)，將會(hui)影響光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)的(de)(de)發散角。因(yin)(yin)此，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)參數(shu)積(ji)用來衡量光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)聚焦能力。只(zhi)有在(zai)使用像差或(huo)孔(kong)徑(jing)效應的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)系(xi)統(tong)時才會(hui)影響外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)參數(shu)積(ji)。

光束模式的測量方法

空(kong)間(jian)光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)能(neng)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)析是(shi)一(yi)(yi)種測(ce)量(liang)方(fang)法，它把(ba)構成光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)所有變量(liang)合成為一(yi)(yi)目了(le)然的(de)(de)(de)(de)圖像。這個方(fang)法適用于一(yi)(yi)切(qie)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)，而不僅僅是(shi)CO2激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)。CO2激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)常(chang)用的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)能(neng)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)析方(fang)法是(shi)丙烯(xi)(xi)酸模式(shi)燒蝕法。這個方(fang)法把(ba)未(wei)聚焦(jiao)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)引向一(yi)(yi)個丙烯(xi)(xi)酸靶塊，光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)能(neng)量(liang)使(shi)丙烯(xi)(xi)酸材(cai)料氣(qi)化(hua)(hua)蒸發，而且焦(jiao)斑輪廓(kuo)與光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)本(ben)身的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian)能(neng)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布成正(zheng)比。材(cai)料氣(qi)化(hua)(hua)形成的(de)(de)(de)(de)輪廓(kuo)描(miao)述了(le)激(ji)光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)在照(zhao)射丙烯(xi)(xi)酸靶塊過(guo)程(cheng)中(zhong)（一(yi)(yi)般(ban)持續若干秒）的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian)能(neng)量(liang)分(fen)(fen)(fen)布。

盡管這(zhe)個方法(fa)(fa)已廣為應用(yong)，但(dan)是精度和重(zhong)復精度在(zai)很大(da)程度上依賴于(yu)操作者的(de)(de)技(ji)巧，還在(zai)車間里產(chan)生大(da)量的(de)(de)易燃有毒蒸(zheng)氣，必須抽吸出去。而且，采用(yong)這(zhe)個方法(fa)(fa)無法(fa)(fa)測(ce)量激光(guang)(guang)束在(zai)光(guang)(guang)路上的(de)(de)瞬時反應，例如可能掩(yan)蓋了過(guo)程開始時的(de)(de)變化。因此，模式燒蝕法(fa)(fa)只能算(suan)是近似描(miao)述激光(guang)(guang)光(guang)(guang)束的(de)(de)性能。

在過去10年中開發(fa)出了(le)一些效果各(ge)異的(de)(de)半電子(zi)診斷法(fa)，其中大多數方(fang)法(fa)試圖對(dui)未聚焦(jiao)的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)取樣(yang)，也(ye)就是(shi)將(jiang)一小(xiao)部分有代表性的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)引向某種傳感器(qi)，以此獲得(de)主(zhu)光(guang)(guang)束(shu)的(de)(de)空間能(neng)量分布圖。就高功率激光(guang)(guang)應用(yong)(yong)(yong)而論，取樣(yang)不是(shi)采(cai)用(yong)(yong)(yong)細(xi)小(xiao)空心管(guan)上(shang)的(de)(de)微米(mi)級(ji)小(xiao)孔，就是(shi)采(cai)用(yong)(yong)(yong)細(xi)金屬(shu)絲末端的(de)(de)小(xiao)反射鏡，將(jiang)一小(xiao)部分原始(shi)光(guang)(guang)束(shu)引向一個熱電式單元(yuan)素傳感器(qi)，然后(hou)由這個傳感器(qi)把吸收(shou)的(de)(de)能(neng)量轉換為比例電信號。

（來源：網絡，版權歸原作者）