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 a la apertura óptica o de la antena de la que emerge. Este término solo es relevante en el " campo lejano ", lejos del foco del haz. Sin embargo, en la práctica, el campo lejano puede comenzar físicamente cerca de la apertura radiante, dependiendo del diámetro de la apertura y de la longitud de onda de operación.

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

La divergencia del haz generalmente se refiere a un haz de sección transversal circular, pero no necesariamente. Un haz puede, por ejemplo, tener una sección transversal elíptica, en cuyo caso debe especificarse 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,${\displaystyle \Theta }$, se da por

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

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

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

donde f es la distancia focal de la lente. ^{[ 1 ]} Tenga en cuenta que esta medición es válida solo cuando el tamaño del haz se mide en el plano focal posterior de la lente, es decir, donde estaría el foco para un haz verdaderamente colimado, y no en el foco real del haz, que ocurriría detrás del plano focal posterior para un haz divergente.

Como todos los haces 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 ignora la divergencia debida a una 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 haces láser de buena calidad se modela utilizando las matemáticas de los haces gaussianos .

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

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

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

• Perfilador de haz láser
• ancho de línea del láser

• Calculadora de divergencia láser
• Gráfico interactivo de divergencia del haz
• Enciclopedia de fotónica RP: Divergencia de haces
• Simulador de divergencia de haz láser