瑞利距离

✍ dations ◷ 2025-08-26 14:10:47 #瑞利距离

在光学及激光科学中,瑞利距离或瑞利长度(Rayleigh length)或瑞利范围(Rayleigh range)是指光束沿着其行进方向,从其腰部到其面积为腰部面积两倍的截面的距离,此时截面半径约为 2 {displaystyle {sqrt {2}}} ,恰为瑞利距离的两倍。当用高斯光束来做为光束模型时,瑞利距离是相当重要的参数。

对于在自由空间下,沿着 z ^ {displaystyle {hat {z}}} 轴前进的高斯光束,其瑞利距离为

其中

光束在距腰部距离 z {displaystyle z} 位置的半径为

依定义, w ( z ) {displaystyle w(z)} 的最小值出现在 w ( 0 ) = w 0 {displaystyle w(0)=w_{0}} 。在距腰部 z R {displaystyle z_{mathrm {R} }} 的位置,光束直径变为腰部的 2 {displaystyle {sqrt {2}}} 倍,截面积则变为2倍。

高斯光束以弧度表示的总角度分布,和瑞利距离有以下的关系

光束在腰部的直径(英语:Beam diameter)可以用下式表示

以上公式在近轴近似的条件下有限。若光束的发散程度过于严重,无法再适用高斯光束模型,需要用物理光学的分析方式求解。

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