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» 가우스 빔

가우스 빔

1960
광학 실험실에서 가우스 빔을 활용한 레이저 절단기.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

가우시안 빔은 횡방향 전기장 및 강도 분포가 가우시안 함수로 표현되는 전자기파 빔입니다. 이는 기본 횡방향 모드(TEM00)로 작동하는 레이저의 가장 일반적인 출력 프로파일입니다. 이 프로파일을 통해 빔은 장거리에서도 집속 상태를 유지할 수 있으며, 높은 빔 품질을 위한 이상적인 조건을 제공합니다.

가우시안 빔은 급격하게 발산하지 않는 빔에 대한 맥스웰 방정식의 근사치인 근축 헬름홀츠 방정식의 해입니다. 빔 중심에서부터의 반경 거리 r과 가장 좁은 지점(‘빔 허리’)에서부터의 축 방향 거리 z의 함수로서 가우시안 빔의 강도 I(r, z)는 다음과 같이 주어집니다. I(r, z) = I_0 left(frac{w_0}{w(z)}right)^2 expleft(frac{-2r^2}{w(z)^2}right)[/latex]. 여기서 [latex]I_0[/latex]는 빔 웨이스트에서의 최대 강도이고, [latex]w_0[/latex]는 빔 웨이스트 반경(강도가 축 방향 값의 [latex]1/e^2[/latex]로 떨어지는 지점)이며, [latex]w(z)[/latex]는 거리 [latex]z[/latex]에서의 빔 반경입니다.

가우시안 빔을 설명하는 주요 매개변수에는 빔 웨이스트([latex]w_0[/latex]), 빔이 상대적으로 평행한 상태를 유지하는 거리인 레일리 범위([latex]z_R[/latex]), 그리고 빔이 원거리에서 퍼지는 속도를 나타내는 빔 발산각([latex]theta[/latex])이 있습니다. 이 매개변수들은 모두 서로 관련되어 있습니다. 빔 웨이스트가 작을수록 회절로 인해 발산각이 커집니다. 실제 레이저 빔의 품질은 종종 M²([latex]M²[/latex]) 인자로 설명되는데, 이는 빔 매개변수 곱(웨이스트 반경과 원거리 발산각의 곱)을 이상적인 가우시안 빔([latex]M²=1[/latex])과 비교하는 값입니다. 가우시안 프로파일은 주어진 파장에서 가능한 가장 작은 스폿 크기로 집속하여 강도를 최대화할 수 있기 때문에 바람직합니다.

UNESCO Nomenclature: 2210
광학

유형

추상 시스템

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 맥스웰의 전자기 방정식
  • 호이겐스-프레넬 회절 원리
  • 기본 모드를 자연스럽게 지원하는 레이저 공진기 개발

응용 프로그램

  • 레이저 절단 및 용접
  • 광섬유 커플링
  • 레이저 포인터
  • 바코드 스캐너
  • 광학 트래핑(‘광학 핀셋’)
  • 레이저 통신 시스템

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

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관련 용어: 가우시안 빔, 레이저 빔 프로파일, EM00, 빔 웨이스트, 레일리 범위, 빔 발산, M 제곱, 근축 근사, 회절, 빔 품질.

역사적 맥락

가우스 빔

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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