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Gaussian Beam

1960
Máquina de corte láser que utiliza un haz gaussiano en un laboratorio de óptica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

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.

El haz gaussiano es una solución a la ecuación de Helmholtz paraxial, que es una aproximación de las ecuaciones de Maxwell para haces que no divergen rápidamente. La intensidad [latex]I(r, z)[/latex] de un haz gaussiano en función de la distancia radial [latex]r[/latex] desde el centro del haz y la distancia axial [latex]z[/latex] desde su punto más estrecho (la "cintura del haz") viene dada por [latex]I(r, z) = I_0 left(frac{w_0}{w(z)}right)^2 expleft(frac{-2r^2}{w(z)^2}right)[/latex]. Aquí, [latex]I_0[/latex] es la intensidad máxima en la cintura del haz, [latex]w_0[/latex] es el radio de la cintura del haz (donde la intensidad cae a [latex]1/e^2[/latex] de su valor axial), y [latex]w(z)[/latex] es el radio del haz a la distancia [latex]z[/latex].

Los parámetros clave que describen un haz gaussiano incluyen el radio del haz ([latex]w_0[/latex]), el Rayleigh El rango ([latex]z_R[/latex]), que es la distancia sobre la cual el haz permanece relativamente colimado, y el ángulo de divergencia del haz ([latex]theta[/latex]), que describe la velocidad con la que el haz se dispersa en el campo lejano. Todos estos parámetros están interrelacionados. Un radio de haz más pequeño resulta en un ángulo de divergencia mayor, consecuencia de la difracción. La calidad de un haz láser real se describe a menudo mediante el factor M² ([latex]M²[/latex]), que compara el producto de sus parámetros de haz (radio de cintura por divergencia en campo lejano) con el de un haz gaussiano ideal, para el cual [latex]M²=1[/latex]. El perfil gaussiano es deseable porque puede enfocarse al tamaño de punto más pequeño posible para una longitud de onda dada, maximizando la intensidad.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Óptica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Las ecuaciones de Maxwell sobre el electromagnetismo
  • Huygens–Fresnel principle of diffraction
  • development of laser resonators that naturally support a fundamental mode

Aplicaciones

  • laser cutting and welding
  • fibra óptico coupling
  • laser pointers
  • barcode scanners
  • Trampa óptica («pinzas ópticas»)
  • sistemas de comunicación láser

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • 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
Relacionado con: haz gaussiano, perfil del haz láser, EM00, cintura del haz, rango de Rayleigh, divergencia del haz, M cuadrado, aproximación paraxial, difracción, calidad del haz.

Contexto histórico

Gaussian Beam

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1960-05-16
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1963
1964

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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