2) e2
3) 4
4) 2 (+)
Параметр качества лазерного пучка M2 характеризует, во сколько раз реальная расходимость пучка больше дифракционно-ограниченной расходимости идеального гауссового пучка при той же длине волны и размере перетяжки. Для параксиального пучка используется соотношение M2 = πw0θ/λ, где w0 — радиус перетяжки, θ — угловая расходимость, λ — длина волны.
При одинаковых длине волны и радиусе перетяжки параметр M2 прямо пропорционален расходимости θ. Поэтому увеличение расходимости в два раза приводит к увеличению M2 также в два раза, а не в четыре: показатель M2 является обозначением параметра качества пучка, а не необходимостью возводить отношение расходимостей в квадрат. Верен ответ: 2.
Идеальный фундаментальный гауссов мод имеет M2 = 1; чем больше значение, тем сильнее пучок отклоняется от дифракционного предела и тем хуже его способность к фокусировке в малое пятно. В медицинской лазерной технике этот показатель учитывают при расчёте диаметра сфокусированного пучка, глубины резкости, плотности мощности и равномерности воздействия на биологические ткани.
| Параметр | Физический смысл | Влияние на качество пучка |
|---|---|---|
| M2 = 1 | Дифракционно-ограниченный фундаментальный гауссов пучок | Максимально эффективная фокусировка |
| M2 > 1 | Реальный пучок с отклонением от идеальной моды | Увеличение расходимости и минимального фокусируемого пятна |
| Связь с расходимостью | M2 пропорционален θ при фиксированных λ и w0 | Расходимость ×2 → M2 ×2 |
| Связь с длиной волны | Дифракционная расходимость зависит от λ | Сравнение пучков корректно при одинаковой длине волны |
| Связь с перетяжкой | Учитывается радиус минимального сечения w0 | При различающихся перетяжках одной расходимости недостаточно для сравнения |
| Практическое применение | Оценка фокусировки и передачи энергии | Определяет размер пятна, плотность мощности и точность лазерного воздействия |
Таким образом, двукратное различие расходимости при прочих равных условиях означает двукратное различие параметра M2. Квадратичная зависимость здесь не применяется, поскольку M2 — принятое обозначение безразмерного показателя качества лазерного пучка. Для строгого сравнения необходимо учитывать одинаковые длину волны, размер перетяжки и способ определения расходимости.