Při výrobě a používání laserů je nevyhnutelné zahrnout detekci a charakterizaci kvality paprsku. M2 a BPP jsou dvě nejčastěji používané fyzikální veličiny, které vyjadřují kvalitu laserových paprsků. M2 a BPP jsou odvozeny na základě stejného fyzického konceptu, takže je lze navzájem převádět.
Důvodem, proč je kvalita paprsku důležitá, je to, že je to klíčová fyzikální veličina pro posouzení kvality laseru a toho, zda může být zpracován s přesností na laser. U mnoha druhů výstupních laserů s jedním režimem mají vysoce kvalitní lasery obvykle vysokou kvalitu paprsku, což odpovídá velmi malému M2, například 1,05 nebo 1,1. A laser si může po celou dobu své životnosti udržet dobrou kvalitu paprsku a hodnota M2 se téměř nezmění. U laserového přesného obrábění je laserový paprsek s vysokou kvalitou paprsku příznivější pro tvarování, čímž se provádí ploché laserové obrábění bez poškození podkladu a bez tepelných účinků. Ve skutečném použití se při značení laserových specifikací M2 většinou používá pro polovodičové lasery a plynové lasery, zatímco BPP se většinou používá pro vláknové lasery.
Jak kalibrovat kvalitu paprsku? Kvalita paprsku popisující laser je obvykle vyjádřena dvěma parametry: BPP a M². M² je také často psáno jako M2, které lze číst jako M na druhou nebo M2. Následující obrázek představuje podélné rozdělení Gaussova paprsku, kde poloměr pasu paprsku W a úhel úhlu vzdáleného pole poloviční úhel θ.
BPP (Beam Parameter Product) je definován jako poloměr pasu paprsku × úhel divergence vzdáleného pole
BPP=W × θ
Úhel divergence polovičního pole Gaussova paprsku:
θ0=λ/ΠW0
M²: poměr součinu parametru paprsku k součinu parametru paprsku základního režimu Gaussova paprsku:
M2=（W × θ） / （W0 × θ0）=BPP / （λ / Π）
Není těžké najít z výše uvedeného vzorce, kde BPP nemá nic společného s vlnovou délkou a faktor M² souvisí také s vlnovou délkou laseru. Souvisejí hlavně s konstrukcí laserové dutiny a přesností montáže.
Hodnota faktoru M² je nekonečně blízká 1, což naznačuje poměr skutečných dat a ideálních dat. Když se skutečná data blíží ideálním datům, kvalita paprsku je lepší. To znamená, že když je faktor M² blíže k 1, kvalita paprsku je lepší, odpovídající Čím menší je úhel divergence.
Pro analýzu kvality paprsku záleží hlavně na měření paprskového analyzátoru. Analyzátor kvality paprsku může provádět přesná měření, ale použití bodového analyzátoru vyžaduje složité operace, sběr dat laserového průřezu z různých pozic a následnou syntézu dat M² prostřednictvím vestavěného programu přístroje&# 39. Pokud se během procesu vzorkování vyskytnou provozní chyby nebo chyby měření, nemůžete měřit a analyzovat hodnotu M². Pro měření vysokého výkonu je vyžadován složitý útlumový systém, který udržuje výkon laseru v měřitelném rozsahu, aby nedošlo k poškození detekční plochy přístroje v důsledku nadměrného výkonu.
Podle výše uvedeného obrázku lze odhadnout vláknové jádro a číselnou clonu. U vláknových laserů je poloměr pasu paprsku ω0=průměr jádra vlákna / 2=R, θ=sinα=α=NA (numerická clona vlákna)
Z toho lze vyvodit:
Čím menší je BPP, tím lepší je kvalita laserového paprsku.
Pro vláknový laser 1,08 um, jeden základní režim M2=1, BPP=λ / Π=0,344 mm mrad
Pro 10,2um CO2 laser, jeden základní režim M2=1, BPP=3,38 mm mrad
Za předpokladu, že dva jednoduché základní režimy (nebo multimode M2 jsou stejné) lasery po zaostření, je úhel divergence stejný, pak je ohniskový průměr CO2 laseru 10krát větší než u vláknového laseru.
Čím blíže je M² k 1, tím lepší je kvalita paprsku laseru.
Pokud je laserový paprsek v Gaussově nebo téměř Gaussově rozdělení, čím blíže je faktor M² k 1, tím blíže je skutečný laser ideálnímu Gaussovskému laseru a tím lepší je kvalita paprsku.