تباعد الشعاع

في الكهرومغناطيسية ، وخاصة في البصريات ، يُعدّ تباعد الحزمة مقياسًا زاويًا لزيادة قطر الحزمة أو نصف قطرها مع المسافة من الفتحة البصرية أو فتحة الهوائي التي تنبعث منها الحزمة. يُستخدم هذا المصطلح فقط في " المجال البعيد "، أي بعيدًا عن أي بؤرة للحزمة. عمليًا، يمكن أن يبدأ المجال البعيد فعليًا بالقرب من فتحة الإشعاع، وذلك تبعًا لقطر الفتحة وطول الموجة المستخدمة.

يُستخدم تباعد الحزمة غالبًا لوصف الحزم الكهرومغناطيسية في المجال البصري، وذلك في الحالات التي تكون فيها فتحة خروج الحزمة كبيرة جدًا مقارنةً بالطول الموجي . ومع ذلك، يُستخدم أيضًا في نطاق الترددات الراديوية (RF) في الحالات التي يكون فيها حجم الهوائي كبيرًا جدًا مقارنةً بالطول الموجي.

يشير مصطلح تباعد العارضة عادةً إلى عارضة ذات مقطع عرضي دائري، ولكن ليس بالضرورة. فقد تكون العارضة، على سبيل المثال، ذات مقطع عرضي بيضاوي، وفي هذه الحالة يجب تحديد اتجاه تباعد العارضة، على سبيل المثال بالنسبة للمحور الأكبر أو الأصغر للمقطع العرضي البيضاوي.

يمكن حساب تباعد الشعاع إذا عُرف قطر الشعاع عند نقطتين منفصلتين بعيدتين عن أي بؤرة ( D _{_i} ، D_{_f} )، والمسافة ( l ) بين هاتين النقطتين. تباعد الشعاع،${\displaystyle \Theta }$، يتم تحديده بواسطة

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

إذا تم تركيز شعاع متوازي باستخدام عدسة ، فإن القطر${\displaystyle D_{m}}$يرتبط تباعد الشعاع في المستوى البؤري الخلفي للعدسة بتباعد الشعاع الأولي من خلال

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

حيث f هي البعد البؤري للعدسة. ^{[ 1 ]} لاحظ أن هذا القياس صالح فقط عندما يتم قياس حجم الشعاع عند مستوى البؤرة الخلفية للعدسة، أي حيث تقع البؤرة لشعاع متوازي تمامًا، وليس عند البؤرة الفعلية للشعاع، والتي ستقع خلف مستوى البؤرة الخلفية لشعاع متباعد.

كغيرها من الحزم الكهرومغناطيسية، تخضع أشعة الليزر لظاهرة التباعد، والتي تُقاس بالملي راديان (mrad) أو الدرجات . في العديد من التطبيقات، يُفضّل استخدام حزمة ذات تباعد منخفض. وبإهمال التباعد الناتج عن رداءة جودة الحزمة، فإن تباعد حزمة الليزر يتناسب طرديًا مع طول موجتها وعكسيًا مع قطرها عند أضيق نقطة. على سبيل المثال،  سيكون تباعد حزمة ليزر فوق بنفسجي ينبعث منه ضوء بطول موجي 308 نانومتر أقل من تباعد حزمة ليزر تحت أحمر بطول موجي 808  نانومتر، إذا كان لكليهما نفس القطر الأدنى للحزمة. ويتم نمذجة تباعد حزم الليزر عالية الجودة باستخدام معادلات الحزم الغاوسية .

يُقال إن أشعة الليزر الغاوسية محدودة بالحيود عندما يكون تباعد شعاعها القطري${\displaystyle \theta =\Theta /2}$وهي قريبة من الحد الأدنى للقيمة الممكنة، والتي يتم تحديدها بواسطة ^{[ 2 ]}

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

أين${\displaystyle \lambda }$هو طول موجة الليزر و${\displaystyle w_{0}}$يمثل نصف قطر الشعاع عند أضيق نقطة فيه، والتي تُسمى "خصر الشعاع". يُلاحظ هذا النوع من تباعد الشعاع من تجاويف الليزر المُحسَّنة. وتُعطى معلومات حول تباعد الشعاع المتماسك المحدود بالحيود بشكل أساسي من خلال معادلة التداخل ذات الشقوق المتعددة . ^{[ 2 ]}

• جهاز تحديد ملامح شعاع الليزر
• عرض خط الليزر

• حاسبة تباعد الليزر
• رسم بياني تفاعلي لانحراف الحزمة
• موسوعة RP Photonics: تباعد الحزمة
• محاكي تباعد شعاع الليزر