光學雷射科學中,瑞利距離瑞利長度(Rayleigh length)或瑞利範圍(Rayleigh range)是指光束沿着其行進方向,從其腰部到其面積為腰部面積兩倍的截面的距離[1],此時截面半徑約為 倍的腰部半徑。另一個相關的參數為共焦參數(confocal parameter)b,恰為瑞利距離的兩倍[2]。當用高斯光束來做為光束模型時,瑞利距離是相當重要的參數。

高斯光束的寬度是軸向距離、射束腰部 、共焦參數、瑞利距離及總角度分佈的函數

說明

編輯

對於在自由空間下,沿着 軸前進的高斯光束,其瑞利距離為[2]

 

其中

 波長
 腰部,也就是光束最窄處的軸向大小,上式和以下的公式都假設光束的腰部不是特別的小,滿足 的關係[3]

光束在距腰部距離 位置的半徑為[4]

 

依定義, 的最小值出現在 。在距腰部 的位置,光束直徑變為腰部的 倍,截面積則變為2倍。

相關物理量

編輯

高斯光束以弧度表示的總角度分佈,和瑞利距離有以下的關係[1]

 

光束在腰部的直徑英語Beam diameter可以用下式表示

 .

以上公式在近軸近似的條件下有限。若光束的發散程度過於嚴重,無法再適用高斯光束模型,需要用物理光學的分析方式求解。

相關條目

編輯

參考資料

編輯
  1. ^ 1.0 1.1 Siegman, A. E. Lasers. University Science Books. 1986: 664–669. ISBN 0-935702-11-3. 
  2. ^ 2.0 2.1 Damask, Jay N. Polarization Optics in Telecommunications. Springer. 2004: 221–223. ISBN 0-387-22493-9. 
  3. ^ Siegman (1986) p. 630.
  4. ^ Meschede, Dieter. Optics, Light and Lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. 2007: 46–48. ISBN 3-527-40628-X.