Strahldivergenz

In der Elektromagnetik , insbesondere in der Optik , ist die Strahldivergenz ein Winkelmaß für die Zunahme des Durchmessers oder Radius des Strahls mit dem Abstand von der optischen Apertur oder der Antennenapertur, aus der der Strahl austritt. Der Begriff ist nur im "Fernfeld" relevant, weg von jeglichem Fokus des Strahls. In der Praxis kann das Fernfeld jedoch physikalisch in der Nähe der Strahlungsapertur beginnen, abhängig vom Aperturdurchmesser und der Betriebswellenlänge.

Strahldivergenz wird häufig verwendet, um elektromagnetische Strahlen im optischen Bereich zu charakterisieren, wenn die Apertur, aus der der Strahl austritt, in Bezug auf die Wellenlänge sehr groß ist . Es wird jedoch auch in verwendet Frequenz (RF) Band Radios für Fälle , in denen die Antenne mit einer Wellenlänge sehr groß ist relativ.

Strahldivergenz bezieht sich normalerweise auf einen Strahl mit kreisförmigem Querschnitt, aber nicht unbedingt. Ein Balken kann beispielsweise einen elliptischen Abschnitt aufweisen. In diesem Fall muss die Ausrichtung der Divergenz des Balkens angegeben werden, beispielsweise in Bezug auf die Haupt- oder Nebenachse des elliptischen Abschnitts.

Die Divergenz eines Strahls kann berechnet werden, wenn wir den Durchmesser des Strahls an zwei verschiedenen Punkten kennen, die weit von einem Fokus entfernt sind ( D i , D f ), und den Abstand ( l ) zwischen diesen Punkten. Die Divergenz des Strahls ist gegeben durch: $\ Theta$

{\ displaystyle \ Theta = 2 \ arctan \ left ({\ frac {D_ {f} -D_ {i}} {2l}} \ right).}

Wenn ein kollimierter Strahl mit einer Linse fokussiert wird, hängt der Durchmesser des Strahls in der hinteren Brennebene der Linse mit der Divergenz des Anfangsstrahls zusammen durch: ${\ displaystyle D_ {m}}$

{\ displaystyle \ Theta = {\ frac {D_ {m}} {f}}, \,}

Dabei ist f die Brennweite des Objektivs. Diese Messung ist jedoch nur gültig, wenn die Strahlgröße in der hinteren Brennebene der Linse gemessen wird, d. H. Dort, wo der Fokus für einen wirklich kollimierten Strahl liegen würde, und nicht am tatsächlichen Fokus des Linsenstrahls, der hinter dem Strahl auftreten würde hintere Brennebene für einen divergierenden Strahl.

Wie alle elektromagnetischen Strahlen unterliegen Laser einer Divergenz, die in Milliradian (mrad) oder Grad gemessen wird . Für viele Anwendungen ist ein Strahl mit geringer Divergenz vorzuziehen. Wenn man die Divergenz aufgrund der schlechten Strahlqualität ignoriert, ist die Divergenz eines Laserstrahls proportional zu seiner Wellenlänge und umgekehrt proportional zum Durchmesser des Strahls an seiner engsten Stelle. Beispielsweise weist ein Ultraviolettlaser, der bei einer Wellenlänge von 308 nm emittiert, eine geringere Divergenz auf als ein Infrarotlaser bei 808 nm, wenn beide den gleichen minimalen Strahldurchmesser haben. Die Divergenz von Laserstrahlen guter Qualität wird mithilfe der Gaußschen Strahlmathematik modelliert .

Gaußsche Laserstrahlen gelten als beugungsbegrenzt, wenn ihre radiale Divergenz nahe am minimal möglichen Wert liegt, der gegeben ist durch: ${\ displaystyle \ theta = \ Theta / 2}$

{\ displaystyle \ theta = {\ lambda \ over \ pi w},}

wo ist die Wellenlänge des Lasers und der Radius des Strahls an seinem engsten Punkt, der als "Strahlgröße" bezeichnet wird. Diese Art der Strahldivergenz wird an optimierten Laserresonatoren beobachtet. Informationen über die beugungsbegrenzte Divergenz eines kohärenten Strahls werden inhärent durch die interferometrische N-Spalt-Gleichung gegeben. $\ lambda$ $w$

Anmerkungen und Referenzen

http://www.uslasercorp.com/envoy/diverge.html
Francisco J. Duarte , Abstimmbare Laseroptik , New York, CRC,2015( ISBN 9781482245295 , online lesen ) , "Kapitel 3"

Externe Links