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Faisceau gaussien

1960
Machine de découpe laser utilisant un faisceau gaussien dans un laboratoire d'optique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un faisceau gaussien est un faisceau de rayonnement électromagnétique dont le champ électrique transversal et la distribution d'intensité sont décrits par des fonctions gaussiennes. Il s'agit du profil de sortie le plus courant pour les lasers fonctionnant en mode transverse fondamental (TEM00). Ce profil permet au faisceau de rester fortement focalisé sur une longue distance et représente le cas idéal pour une haute qualité de faisceau.

The Gaussian beam is a solution to the paraxial Helmholtz equation, which is an approximation of Maxwell’s equations for beams that do not diverge rapidly. The intensity [latex]I(r, z)[/latex] of a Gaussian beam as a function of radial distance [latex]r[/latex] from the center of the beam and axial distance [latex]z[/latex] from its narrowest point (the ‘beam waist’) is given by [latex]I(r, z) = I_0 \left(\frac{w_0}{w(z)}\right)^2 \exp\left(\frac{-2r^2}{w(z)^2}\right)[/latex]. Here, [latex]I_0[/latex] is the peak intensity at the beam waist, [latex]w_0[/latex] is the beam waist radius (where the intensity drops to [latex]1/e^2[/latex] of its axial value), and [latex]w(z)[/latex] is the beam radius at distance [latex]z[/latex].

Key parameters describing a Gaussian beam include the beam waist ([latex]w_0[/latex]), the Rayleigh range ([latex]z_R[/latex]), which is the distance over which the beam remains relatively collimated, and the beam divergence angle ([latex]\theta[/latex]), which describes how fast the beam spreads out in the far field. These parameters are all interrelated. A smaller beam waist results in a larger divergence angle, a consequence of diffraction. The quality of a real laser beam is often described by the M-squared ([latex]M^2[/latex]) factor, which compares its beam parameter product (waist radius times far-field divergence) to that of an ideal Gaussian beam, for which [latex]M^2=1[/latex]. The Gaussian profile is desirable because it can be focused to the smallest possible spot size for a given wavelength, maximizing intensity.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les équations de Maxwell de l'électromagnétisme
  • Principe de diffraction de Huygens-Fresnel
  • développement de résonateurs laser qui supportent naturellement un mode fondamental

Applications

  • Découpe et soudage au laser
  • fiber optic coupling
  • pointeurs laser
  • lecteurs de codes-barres
  • piégeage optique (« pinces optiques »)
  • systèmes de communication laser

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : faisceau gaussien, profil de faisceau laser, EM00, taille du faisceau, portée de Rayleigh, divergence du faisceau, M², approximation paraxiale, diffraction, qualité du faisceau.

Contexte historique

Faisceau gaussien

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1960-05-16
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1963
1964

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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