Divergência de feixe - Beam divergence

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Em eletromagnética , especialmente em óptica , a divergência do feixe é uma medida angular do aumento no diâmetro ou raio do feixe com a distância da abertura óptica ou da antena da qual o feixe emerge. O termo é relevante apenas no " campo distante ", longe de qualquer foco do feixe. Praticamente falando, no entanto, o campo distante pode começar fisicamente perto da abertura radiante, dependendo do diâmetro da abertura e do comprimento de onda operacional.

A divergência de feixe é freqüentemente usada para caracterizar feixes eletromagnéticos no regime óptico, para casos em que a abertura da qual o feixe emerge é muito grande em relação ao comprimento de onda . No entanto, também é usado na banda de radiofrequência (RF) para casos em que a antena é muito grande em relação a um comprimento de onda.

Divergência de feixe geralmente se refere a um feixe de seção transversal circular, mas não necessariamente. Uma viga pode, por exemplo, ter uma seção transversal elíptica, caso em que a orientação da divergência da viga deve ser especificada, por exemplo, em relação ao eixo maior ou menor da seção transversal elíptica.

A divergência de um feixe pode ser calculada se conhecermos o diâmetro do feixe em dois pontos separados longe de qualquer foco ( D i , D f ) e a distância ( l ) entre esses pontos. A divergência do feixe , é dada por

Se um feixe colimado é focado com uma lente , o diâmetro do feixe no plano focal traseiro da lente está relacionado à divergência do feixe inicial por

onde f é a distância focal da lente. Observe que esta medição é válida apenas quando o tamanho do feixe é medido no plano focal traseiro da lente, ou seja, onde o foco estaria para um feixe verdadeiramente colimado, e não no foco real do feixe, o que ocorreria atrás da parte traseira plano focal para um feixe divergente.

Como todos os feixes eletromagnéticos, os lasers estão sujeitos a divergência, que é medida em milirradianos (mrad) ou graus . Para muitas aplicações, um feixe de divergência inferior é preferível. Negligenciando a divergência devido à má qualidade do feixe, a divergência de um feixe de laser é proporcional ao seu comprimento de onda e inversamente proporcional ao diâmetro do feixe em seu ponto mais estreito. Por exemplo, um laser ultravioleta que emite em um comprimento de onda de 308 nm terá uma divergência menor do que um laser infravermelho em 808 nm, se ambos tiverem o mesmo diâmetro mínimo de feixe. A divergência de feixes de laser de boa qualidade é modelada usando a matemática de feixes gaussianos .

Os feixes de laser gaussianos são limitados por difração quando sua divergência radial do feixe está próxima do valor mínimo possível, que é dado por

onde é o comprimento de onda do laser e é o raio do feixe em seu ponto mais estreito, que é chamado de "cintura do feixe". Este tipo de divergência de feixe é observado em cavidades de laser otimizadas. As informações sobre a divergência limitada por difração de um feixe coerente são inerentemente dadas pela equação interferométrica de N-fenda .

Veja também

Referências

links externos