Divergencia del haz

En electromagnetismo , especialmente en óptica , la divergencia del haz es una medida angular del aumento del diámetro o radio del haz con la distancia desde la apertura óptica o la apertura de la antena desde la que emerge el haz. El término es relevante solo en el " campo lejano ", lejos de cualquier foco del haz. Sin embargo, en términos prácticos, el campo lejano puede comenzar físicamente cerca de la apertura radiante, dependiendo del diámetro de la apertura y la longitud de onda operativa.

La divergencia del haz se utiliza a menudo para caracterizar haces electromagnéticos en el régimen óptico, para los casos en los que la apertura por la que emerge el haz es muy grande con respecto a la longitud de onda . Sin embargo, también se utiliza en la banda de radiofrecuencia (RF) para los casos en los que la antena es muy grande en relación con una longitud de onda.

La divergencia de un haz se refiere normalmente a un haz de sección transversal circular, pero no necesariamente a eso. Un haz puede, por ejemplo, tener una sección transversal elíptica, en cuyo caso se debe especificar la orientación de la divergencia del haz, por ejemplo con respecto al eje mayor o menor de la sección transversal elíptica.

La divergencia de un haz se puede calcular si se conoce el diámetro del haz en dos puntos separados lejos de cualquier foco ( D _i , D _f ), y la distancia ( l ) entre estos puntos. La divergencia del haz, , se da por ${\estilo de visualización \Theta}$

${\displaystyle \Theta =2\arctan \left({\frac {D_{f}-D_{i}}{2l}}\right).}$

Si un haz colimado se enfoca con una lente , el diámetro del haz en el plano focal posterior de la lente está relacionado con la divergencia del haz inicial mediante $Estilo de visualización D_{m}$

${\displaystyle \Theta ={\frac {D_{m}}{f}},\,}$

donde f es la longitud focal de la lente. ^[1] Nótese que esta medición es válida solo cuando el tamaño del haz se mide en el plano focal trasero de la lente, es decir, donde estaría el foco para un haz verdaderamente colimado, y no en el foco real del haz, que estaría detrás del plano focal trasero para un haz divergente.

Al igual que todos los rayos electromagnéticos, los láseres están sujetos a divergencia, que se mide en milirradianes (mrad) o grados . Para muchas aplicaciones, es preferible un haz con menor divergencia. Si se descuida la divergencia debida a la mala calidad del haz, la divergencia de un haz láser es proporcional a su longitud de onda e inversamente proporcional al diámetro del haz en su punto más estrecho. Por ejemplo, un láser ultravioleta que emite a una longitud de onda de 308 nm tendrá una divergencia menor que un láser infrarrojo a 808 nm, si ambos tienen el mismo diámetro mínimo de haz. La divergencia de los rayos láser de buena calidad se modela utilizando las matemáticas de los rayos gaussianos .

Se dice que los rayos láser gaussianos están limitados por difracción cuando su divergencia radial del haz está cerca del valor mínimo posible, que viene dado por ^[2].${\displaystyle \theta =\Theta /2}$

${\displaystyle \theta ={\lambda \sobre \pi w_{0}},}$

donde es la longitud de onda del láser y es el radio del haz en su punto más estrecho, que se denomina "cintura del haz". Este tipo de divergencia del haz se observa a partir de cavidades láser optimizadas. La información sobre la divergencia limitada por difracción de un haz coherente está dada inherentemente por la ecuación interferométrica de N-rendijas . ^[2]${\estilo de visualización \lambda}$$estilo de visualización w_{0}}$

• Perfilador de haz láser
• Ancho de línea del láser

• Calculadora de divergencia láser
• Gráfico de divergencia de haz interactivo
• [1]