Divergencia del haz - Beam divergence
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, hablando en la práctica, 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 de haz se utiliza a menudo para caracterizar haces electromagnéticos en 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 frecuencia de radio (RF) de banda para los casos en los que la antena es muy grande en relación con una longitud de onda.
La divergencia de la viga generalmente se refiere a una viga de sección transversal circular, pero no necesariamente. Un haz puede tener, por ejemplo, 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 , viene dada por
Si un rayo colimado se enfoca con una lente , el diámetro del rayo en el plano focal posterior de la lente está relacionado con la divergencia del rayo inicial por
donde f es la distancia focal de la lente. Tenga en cuenta 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 ocurriría detrás de la parte trasera. plano focal para un haz divergente.
Como 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 de divergencia más baja. Sin tener en cuenta la divergencia debida a la mala calidad del rayo, la divergencia de un rayo láser es proporcional a su longitud de onda e inversamente proporcional al diámetro del rayo 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 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 la divergencia del rayo radial está cerca del valor mínimo posible, que viene dado por
donde es la longitud de onda del láser y es el radio del rayo en su punto más estrecho, que se denomina "cintura del rayo". 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 viene dada inherentemente por la ecuación interferométrica de N rendijas .
