激光发散角测试，中为检验激光设备检测认证机构

激光发散角是我们在进行激光产品检测时经常需要使用的一个性能参数，今天中为检验小编将带大家了解激光发散角测试的相关知识。

激光发散角是指激光束在传播过程中，其截面直径随着距离的增加而扩大的现象所对应的角度量。它是评价激光束质量、聚焦性能和远距离传输特性的重要参数之一。

 （一）激光发散角定义

定义：

激光发散角，记作θ，是指从激光束最窄处（通常指近场或最小束腰处）沿光轴方向，经过一定距离后，光束直径增大至两倍时，两条边线与光轴之间的夹角。这个角度反映了激光束在空间中的扩散程度，即光束能量分布的集中性。较小的发散角意味着激光束在传播过程中更趋于保持其初始的束宽，具有更好的定向性和聚焦能力；反之，较大的发散角则表示激光束在传播过程中迅速变宽，能量分布较为分散。

激光发散角通常分为两类：

1. 远场发散角（θf）：当激光束传播距离远大于其瑞利长度（Rayleigh length，即光束直径变化最慢的一段距离）时，发散角主要由激光器本身的物理特性决定，如腔长、输出镜的曲率半径等。远场发散角一般用于描述激光束在实际应用中的远距离传播特性。

2. 近场发散角（θn）：在距离激光源较近的范围内，由于衍射效应和非理想光学元件的影响，光束可能会表现出不同的发散特性。近场发散角通常用于评估激光系统内部或近距离传输时的光束扩展情况。

 （二）激光发散角测试标准

标准概览：

在中国，激光发散角的测试遵循国家标准GB/T 137392011《激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法》。此标准提供了统一、规范的测试流程和方法，确保不同实验室或制造商对激光发散角的测量结果具有可比性和一致性。

 （三）激光发散角测试流程

测试步骤：

激光发散角的测量通常包括以下关键步骤：

1. 准备工作：

    选择合适的测试设备：如激光功率计、光束分析仪、高精度位移台、透镜组（用于聚焦或扩束）、探测器（如CCD相机或光电探测器）等。

    设置测试环境：确保环境稳定，避免振动、温度波动等影响测量精度的因素。

    校准设备：对测量设备进行必要的校准，确保其准确性和可靠性。

2. 光束直径测量：

    在激光束的近场位置（例如束腰处）测量最小光束直径（Dmin），通常采用扫描式或成像式的光束分析仪完成。

    在选定的多个离轴距离（z）处重复测量，记录每个位置的光束直径（D(z)）。

3. 发散角计算：

• 对于远场发散角，根据光束直径随距离的变化关系，通常使用如下公式计算：

  
  

  $${�}_{�}=2\arctan \left(\frac{�(�)}{2�}\right)$$







• 其中，D(z)是在距离z处测得的光束直径，z是从束腰位置开始沿光轴的距离。

• 如果需要测量近场发散角，则需考虑更复杂的数学模型来描述光束直径随距离的非线性变化，并据此计算发散角。

4. 数据处理与结果报告：

    分析测量数据，计算平均发散角或绘制发散角随距离的变化曲线。

    记录所有测试条件、使用的设备型号、校准信息等，形成完整的测试报告。

 （四）激光发散角测试方法

具体方法：

根据GB/T 137392011标准，常用的激光发散角测试方法包括但不限于：

 直接法：使用带有精密位移台的光束分析仪或扫描式探测器，沿光轴逐步移动探测位置，直接测量不同距离处的光束直径，然后按照上述公式计算发散角。

 聚焦法：通过将激光束聚焦到一个已知焦距的透镜后，观察聚焦点后沿光轴方向的光束扩散情况。利用透镜的焦距和光束直径的测量值，计算发散角。

 干涉法：对于相干性良好的激光，可以利用干涉技术（如双孔或多孔干涉、菲涅尔干涉等）来间接获取光束的发散特性。通过分析干涉条纹的分布和间距变化，推算出发散角。

 CCD成像法：利用高分辨率CCD相机拍摄不同距离处的激光光斑图像，通过图像处理软件精确测量光斑直径，进而计算发散角。这种方法便于自动化测量和数据采集。

在实际操作中，应根据激光类型、功率、波长、以及实验条件（如可用设备、空间限制等）选择最适合的测试方法。同时，遵循标准中的要求进行多次测量和数据验证，以确保测试结果的准确性和可信度。

总之，激光发散角是衡量激光束在空间中扩散程度的关键参数，其测试依据国家标准化流程，包括准备工作、光束直径测量、发散角计算以及数据处理与报告编写等多个环节。测试方法多样，可根据实际情况选用直接法、聚焦法、干涉法或CCD成像法等，确保测量结果的专业性、严谨性和科学性。

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