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高斯光束光斑大小

1.引言

高斯光束是一种常见的光束模式，具有广泛的应用领域，包括激光技术、光学传输

和粒子加速器等。在研究和应用中，了解高斯光束的特性是非常重要的。其中一个

关键参数就是高斯光束的光斑大小。

本文将介绍高斯光束的基本概念、数学表达式以及如何计算其光斑大小。我们还将

讨论一些影响高斯光束光斑大小的因素，并探讨如何调节这些因素来控制光束的特

性。

2.高斯光束的基本概念

高斯光束是一种自由空间中传播的电磁波，其电场和磁场分布均具有高度对称性。

它可以通过以下数学表达式描述：

2

ᵆᵅᵆ

()0

ᵃᵅ,ᵆ=ᵃexp(−)exp(−ᵅᵅᵆ−ᵅarctan())

0()()2

ᵆᵆᵆᵆᵆ

ᵄ

()

其中，ᵃᵅ,ᵆ表示电场强度，ᵃ为峰值电场强度，ᵆ为光束的初始光斑半径，

00

()

ᵆᵆ为光束在传播方向上的光斑半径，ᵅ为径向坐标，ᵆ为传播距离，ᵅ为波数，

2

ᵰᵆ

ᵆ=0为雷诺茨参数。

ᵄ

ᵰ

3.高斯光束的光斑大小计算

高斯光束的光斑大小可以通过计算其光束腰半径来得到。在高斯光束中，腰半径定

义为光强达到峰值强度的位置处的半径。

根据上述数学表达式，高斯光束在传播方向上的光斑半径可以表示为：

2

()√ᵆ

ᵆᵆ=ᵆ1+()

0

ᵆ

ᵄ

()

当传播距离ᵆ=0时，即在初始位置处，高斯光束的腰半径ᵆ0=ᵆ。随着传

0

播距离的增加，腰半径将逐渐增大。

4.影响高斯光束光斑大小的因素

4.1入射波长

入射波长是影响高斯光束光斑大小的重要因素之一。根据上述公式，入射波长ᵰ

出现在雷诺茨参数ᵆ中。当入射波长较短时，光束的腰半径将变小；反之，当入

ᵄ

射波长较长时，光束的腰半径将变大。

4.2光束初始光斑半径

()

初始光斑半径ᵆ是另一个影响高斯光束光斑大小的因素。根据公式ᵆᵆ=

0

2

√ᵆ

ᵆ1+()可知，当初始光斑半径ᵆ较大时，高斯光束的腰半径也会相应增

00

ᵆ

大。ᵄ

4.3传播距离

传播距离ᵆ是决定高斯光束在传播过程中腰半径变化的关键因素。根据公式

2

()√ᵆ

ᵆᵆ=ᵆ1+()可知，随着传播距