在進行激光切割時，需要將一束激光聚焦在一塊盡可能小的光斑上。如果需使功率密度最大以進行精密切割，這是完全必需的。光斑大小受多種因素的影響，其中最重要的因素有：

　　激光模式(M2)

　　衍射

　　球差

　　透鏡的形狀和焦距可以決(jue) 定後兩(liang) 種因素。當然，激光模式是由激光器和光束傳(chuan) 輸係統決(jue) 定的。

　　這三種因素是如何影響光斑大小的，並介紹了如何計算平凸透鏡、凹凸透鏡和非球麵透鏡的光斑大小。這些說明大致描述了一個(ge) 簡單的程序，使您可以根據特定應用選擇合適的透鏡。

　　一條用帶十字標尺的透鏡進行聚焦的CO2激光光束。透鏡表麵被分為(wei) 四個(ge) 象限。每個(ge) 象限都含有一個(ge) 略為(wei) 傾(qing) 斜的圓柱體(ti) 拋物麵形狀。這種透鏡表麵形狀會(hui) 將每個(ge) 象限中的激光束聚集成線段狀。

　　激光輸出附近的一條CO2光柵調諧激光光束。注意，光束強度符合高斯分布規律。

　　衍射

　　光具有波的性質，因此不可避免地會(hui) 出現衍射現象，該現象存在於(yu) 所有的光學係統中，能夠決(jue) 定這些係統在性能方麵的理論限值。衍射會(hui) 使光束在傳(chuan) 播過程中發生橫向擴展。如果在對某個(ge) 準直激光光束進行聚焦時使用的是一個(ge) “理想”透鏡，那麽(me) 光斑的大小將隻受衍射作用的影響。計算光斑大小的公式如下：

　　spotsizedueto=4MMλf/πD

　　where，

　　λiswavelength

　　fislensfocallength

　　Disinputbeamdiameteratthelens

　　MMisthebeammodeparameter

　　這一等式可以用來計算由非球麵透鏡產(chan) 生的光斑大小。

　　衍射產(chan) 生的最重要的影響是，它使光斑大小隨焦距線性增加，但與(yu) 光束的直徑成反比。因此，如果某個(ge) 特定透鏡的輸入激光光束直徑增加，由於(yu) 衍射變弱，光斑會(hui) 變小。而且，如果對於(yu) 某個(ge) 特定激光光束，當焦距減小時，光斑也會(hui) 變小。

　　M2–激光模式參數

　　正如您在上一個(ge) 公式中看到的那樣，焦點的大小與(yu) 激光模式參數，即M2成正比。M2表示某條特定光束在傳(chuan) 播過程中的發散速度；對於(yu) 一條理想的TEM00激光光束而言，M2=1。這個(ge) 參數是用高級儀(yi) 表測出的，激光器製造商的規格中也會(hui) 提供這一參數。

　　能夠觀察到此現象的實驗條件是很難滿足的，需要一個(ge) 超級大強度的激光使靶麵發生電離，同時使致密包電子(飛行鏡)加速，該飛行鏡僅(jin) 存在於(yu) 幾飛秒時間內(nei) ，第二束強激光在這段時間內(nei) 正麵碰撞飛行鏡，並被鏡麵反射。再加上需要使用僅(jin) 有幾納米厚的固體(ti) 靶麵和足夠強度對比質量的激光束，你會(hui) 獲得這個(ge) 稍有挑戰性的實驗方案。

　　然而，加爾興(xing) Max-Planck量子光學研究所、慕尼黑大學、貝爾法斯特皇後大學、中央激光研究所(CLF)的合作研究使用雙光束雙子座激光和僅(jin) 有50納米厚度的超薄箔靶麵，滿足了此實驗所需條件。研究人員觀察到激光束波長發生下移，從(cong) 800納米下移了約60納米，同時反射脈衝(chong) 寬度從(cong) 50飛秒壓縮至幾百阿秒量級(1阿秒為(wei) 10^-18秒)。

　　此實驗現象不僅(jin) 證明了愛因斯坦狹義(yi) 相對論，而且提供了一種產(chan) 生高強度阿秒激光的新思路和方法，阿秒激光在超快電子動力學和原子尺度上基礎物理學研究領域內(nei) 有著重要的需求和應用。