光纤中的多种光学模式芯径_光纤激光器的重要参数BPP（M2）

光纤激光器重要参数-BPP（Beam-parameter product）是用来衡量激光光束质量的关键参数。直接影响精密加工和宏加工的质量。对确定的激光器BPP是个常数，通过光学系统将束腰或焦点变大时，发散角会变小。发散角变大时，束腰或焦点会变小。

BPP/M2=λ/∏，BPP和波长有关系，波长越大BPP越大。M2=BPP/（λ/∏），M2可以理解为对波长归一化处理后的BPP。BPP=ω0X θ, ω0束腰半径，θ 远场发散角。BPP可以直观的利用束腰大小和远场发散角求得。

决定BPP大小的两个几何参量如下图所示：

红线、蓝线代表相同M2，但波长不同光束，从上图也可看到同样的M2情况下，R 红外BPP（发散角）&gt; G绿光BPP（发散角）

对于光束质量的评估，主要依据M2分析仪测量。基于扫描的M2分析仪，在实际操作中比较复杂。调节不好会测不出或测不准确M2的大小，尤其针对高功率测量，需要复杂的衰减系统。一般都通过如下图所示的光纤芯径和数值孔径估算：

对于光纤激光器，束腰半径ω0=光纤芯径/2=R，θ=sinα=α=NA（光纤数值孔径）

1. BPP越小，表示激光器的光束质量越好。

对于1.08um的光纤激光器而言，单基模 M2=1，BPP=λ/∏=0.344 mm mrad

对于10.6um的CO2激光器，单基模M2=1，BPP=3.38 mm mrad

假设两种单基模（或者多模M2相同的情况下）激光器聚焦后，发散角一致，则CO2激光器的焦点直径是光纤激光器的10倍。

2. 高亮度激光器和参数BPP紧密相关

平时讲的高亮度光纤激光器，高亮度半导体激光器是个什么意思？

亮度定义：单位面积，单位立体角内的功率密度。光纤激光器纤芯面积=∏ R2，远场立体角=∏α2。亮度Br=P/（∏ R2∏α2）=P/（∏*BPP）2，高亮度意味着要么提高光束质量，要么在不改变光纤参数的前提下提高功率，或两者同时提高。所以经常把单基模高功率光纤激光器叫做高亮度激光器。把高功率，小芯径，小数值孔径的半导体激光器也叫做高亮度激光器。

3. 光纤合束亮度守恒，输出光纤芯径的计算。

由于半导体激光器或光纤激光器的单模块功率有限，当需要更高功率的激光输出时，需要将不同的模块合束在一起以取得更高的功率。合束后的光束质量与单模块光束质量的关系通过亮度的概念联系在一起。下图为7个单模块光纤激光器合束成为一个激光器输出的示意图：

BrIN>=BrOUT ，亮度 Br=P/（∏*BPP）2

N x BPPIN2<=BPPout2

BPPOUT>sqrt(N) x BPPIN

假设单模块光纤的数值孔径和合束器一样，则合束后多模光纤芯径与单模或小芯径芯径关系：

DOUT>=sqrt（N）x DIN

下图b-d为输入光纤合束拉锥在不同位置的截面，e为需要合光纤束耦合的多模输出光纤。

4. 瑞利长度

瑞利长度越长，则光束在切割较厚材料时，光斑面积变化较小，能量密度变化也更小，在光斑覆盖范围内，功率密度更稳定。

ZRayleigh=∏ω02/BPP

瑞利长度和焦点大小平方成正比和BPP成反比，意味着，对同一个激光器（BPP不变），焦点越大瑞利长度越长。在激光器的选择上，BPP越小，瑞利长度越大。

来自微信公众号：laser365

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