光束 Light beams

2022-11-10 11:10:33 浏览:254

定义

基本上在一个方向上传播,并且在垂直于其光束方向的方向上具有有限的空间延伸的光。

光束是基本上在一个方向上传播的光(定向光),同时在垂直于其光束方向的方向上具有有限的空间扩展。 通常,它具有大致圆形的横截面,但没有精确的空间限制。

平面波也沿一定方向传播,但不具有有限的横向空间延伸,因此不被视为光束。

光束在自然界中偶尔会遇到,但在技术光学和光子学中发挥着许多重要作用,特别是以激光束的形式。 这些最适合自由空间光通信,成像或材料加工等应用。 许多光学技术和设备仅适用于光束,不适用于其他形式的光。

光束通常被认为是均匀透明介质中的,例如,作为空气或真空中的自由空间光束。 然而,它们的特性可能会被保留下来,例如,当击中镜子或棱镜时,基本上只是将光发送到一个新的方向。 它们也可以与其他类型的光学元件一起操作 - 例如,用于重新聚焦的透镜,用于修改其光谱特性的光学滤光片,用于调制光功率和偏振等特性的光调制器,以及用于将它们分成两个或多个光束的分束器。

只有当部分光向该光散射时,才能在其覆盖体积之外的眼睛看到光束 - 例如,空气中密度波动的尘埃颗粒。 通常,光探测器只能检测进入它的光,而不能仅仅通过它。

与光束相比,光线是射线光学中使用的更抽象的概念,也称为几何光学。 它们没有横向延伸。 光束有时被描述为射线束。

光束的特性

光束的特定属性是空间属性,除了其他形式的光也会遇到的光的其他属性。 后者的例子是光频率和光带宽,光功率和偏振。 其中一些属性可能会沿梁改变;例如,光功率可以通过介质中的吸收或散射逐渐降低。

具有圆形横截面的光束可以表征为光束半径,该半径通常在传播过程中发生变化。 在足够长的距离内,由于衍射,它必须增加,因为光是一种波现象(→波光学)。 但是,光束半径在达到具有最小值的光束焦点(或光束腰部)之前可能会最初减小。 远场中光束半径的增加与光束发散有关。 光束实际上可以有两个不同的焦点位置,例如 x 和 y 方向;这称为散光。

光束腰部半径和发散角共同决定了光束的光束质量,这本质上是衡量光束聚焦程度的指标,并且与空间相干性有关。

一种特殊的光束是高斯光束,具有具有平坦或抛物线相位轮廓的高斯振幅分布。 与之相比,多模光束具有更复杂的空间特性。

光束的产生

光束通常由激光器(或类似设备,如主振荡器功率放大器)产生,然后称为激光束。

非激光光源(例如白炽灯或气体放电灯)通常以非光束的空间形式发光。 然而,人们可以从这种光形成光束。 例如,可以将白炽灯的灯丝放在抛物面镜的焦点上,以便准直光(或至少其总功率的很大一部分),即将其发送到基本方向,例如允许对某些物体进行更受控的照明。

激光束和非激光束之间的显着区别在于,前者通常表现出更高的光束质量。 此外,激光的许多其他特性与其他光源制成的光有很大不同;有关详细信息,请参阅有关激光的文章。

基础光学

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