Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Heim » Gaussian Beam

Gaussian Beam

1960
Laserschneidmaschine mit Gaußstrahl in einem Optiklabor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

A Gaussian beam is a beam of electromagnetic radiation whose transverse electric field and intensity distributions are described by Gaussian functions. It is the most common output profile of lasers operating in the fundamental transverse mode (TEM00). This profile allows the beam to remain tightly focused over a long distance and represents the ideal case for high beam quality.

Der Gaußsche Strahl ist eine Lösung der paraxialen Helmholtz-Gleichung, welche eine Näherung der Maxwell-Gleichungen für Strahlen darstellt, die nicht schnell divergieren. Die Intensität [latex]I(r, z)[/latex] eines Gaußschen Strahls als Funktion des radialen Abstands [latex]r[/latex] vom Strahlzentrum und des axialen Abstands [latex]z[/latex] von seinem schmalsten Punkt (der „Strahltaille“) ist gegeben durch [latex]I(r, z) = I_0 left(frac{w_0}{w(z)}right)^2 expleft(frac{-2r^2}{w(z)^2}right)[/latex]. Hierbei ist [latex]I_0[/latex] die Spitzenintensität im Strahltaillenbereich, [latex]w_0[/latex] der Strahltaillenradius (bei dem die Intensität auf [latex]1/e^2[/latex] ihres axialen Wertes abfällt) und [latex]w(z)[/latex] der Strahlradius im Abstand [latex]z[/latex].

Zu den wichtigsten Parametern, die einen Gaußschen Strahl beschreiben, gehören der Strahlradius ([latex]w_0[/latex]), die Rayleigh Die Reichweite ([latex]z_R[/latex]) gibt an, über welche Distanz der Strahl relativ kollimiert bleibt, und der Strahldivergenzwinkel ([latex]theta[/latex]) beschreibt, wie schnell sich der Strahl im Fernfeld ausbreitet. Diese Parameter sind alle miteinander verknüpft. Ein kleinerer Strahlradius führt aufgrund der Beugung zu einem größeren Divergenzwinkel. Die Qualität eines realen Laserstrahls wird häufig durch den M²-Faktor ([latex]M^2[/latex]) beschrieben. Dieser vergleicht das Produkt seiner Strahlparameter (Strahlradius mal Fernfelddivergenz) mit dem eines idealen Gaußschen Strahls, für den [latex]M^2=1[/latex] gilt. Das Gaußsche Profil ist wünschenswert, da es für eine gegebene Wellenlänge auf den kleinstmöglichen Spotdurchmesser fokussiert werden kann, wodurch die Intensität maximiert wird.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optik

Typ

Abstraktes System

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Maxwells Gleichungen des Elektromagnetismus
  • Huygens–Fresnel principle of diffraction
  • development of laser resonators that naturally support a fundamental mode

Anwendungen

  • laser cutting and welding
  • Faser Optik coupling
  • laser pointers
  • barcode scanners
  • optische Pinzette ('optische Pinzette')
  • Laserkommunikationssysteme

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • Bessel beams for self-healing optical pathways in microscopy
  • Laguerre-Gaussian beams carrying orbital angular momentum for optical communication
  • airy beams that propagate along a curved trajectory
  • structured light for advanced optical manipulation and trapping
  • super-resolution microscopy techniques like sted that engineer beam shapes
  • femtosecond laser micromachining using non-diffracting beams
  • tractor beams using shaped optical fields
  • holographic optical tweezers for manipulating multiple particles simultaneously
  • adaptive optics systems that correct beam distortions in real-time
  • light-sheet fluorescence microscopy for gentle imaging of biological samples
Verwandte Themen: Gaußscher Strahl, Laserstrahlprofil, EM00, Strahltaillenweite, Rayleigh-Länge, Strahldivergenz, M², paraxiale Näherung, Beugung, Strahlqualität.

Historischer Kontext

Gaussian Beam

1960
1960
1960
1960
1961
1962
1963
1960
1960
1960
1960
1960-05-16
1962
1963
1964

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

Bilder in voller Größe und Downloads sind nur für registrierte Mitglieder 100% kostenlos verfügbar.

> Login <