Faisceau gaussien - Définition

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Propagation des faisceaux gaussiens

Le champ électrique complexe d'un faisceau gaussien mesuré (en volts par mètre) à \, r du centre du faisceau et à \, z de son origine est:

E(r,z) = E_0 \frac{w_0}{w(z)} \exp \left( \frac{-r^2}{w^2(z)}\right) \exp \left( -ikz -ik \frac{r^2}{2R(z)} +i \zeta(z) \right)\ ,

Et la distribution de l'intensité moyenne temporelle (ou radiance), mesurée en watts par mètre carré est:

I(r,z) =  { |E(r,z)|^2  \over  2 \eta   }  = I_0 \left( \frac{w_0}{w(z)} \right)^2 \exp \left( \frac{-2r^2}{w^2(z)} \right)\ ,

Où:

  • \, i^2 = -1 , nombre imaginaire
  • \, k = { 2 \pi  \over   \lambda  } est le nombre d'onde (en radians par mètre).
  • \, w(z) est la distance au centre de l'axe du faisceau où l'amplitude du champ électrique a diminué de 1/e, ce qui correspond à une diminution de l'intensité par (1/e)2. Ce paramètre est appelé la largeur du faisceau.
  • E0 et I0 sont respectivement l'amplitude et l'intensité du champ électrique au centre du faisceau à l'origine. C'est-à-dire E_0 \ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\  |E(0,0)| et I_0 \ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\  I(0,0)
  • \eta  \, est la constante caractéristique de l'impédance du média traversé par l'onde. L'impédance caractéristique du vide,  \eta = \eta_0 \approx 377 \ \mathrm{ohms}

Puissance et intensité

Puissance par une ouverture

La puissance P (en watts) passant par un trou de rayon r dans un plan transverse à la propagation et à une distance z est:

  P(r,z) =  P_0 \left[ 1 - e^{-2r^2 / w^2(z)} \right]\qquad \begin{cases} \end{cases}  P_0 = { 1 \over 2 } \pi I_0 w_0^2 est la puissance totale transmise par le faisceau.

On trouve que:

  • Pour un trou de rayon r = w(z) \, , la fraction de la puissance transmise est:
{ P(z) \over P_0 } = 1 - e^{-2} \approx 0.865\ .
  • Environ 95% de la puissance du faisceau passera par un trou ayant r = 1.224\cdot w(z) \, .

Intensité moyenne et maximale

L'intensité maximale sur l'axe du faisceau à \, z de l'origine est calculée en utilisant la règle de L'Hôpital pour l'intégration de la puissance comprise dans le cercle de rayon \, r divisé par la surface sous-tendue par \, \pi r^2 :

I(0,z) =\lim_{r\to 0} \frac {P_0 \left[ 1 - e^{-2r^2 / w^2(z)} \right]} {\pi r^2}           = \frac{P_0}{\pi} \lim_{r\to 0} \frac { \left[ -(-2)(2r) e^{-2r^2 / w^2(z)} \right]} {w^2(z)(2r)}           = {2P_0 \over \pi w^2(z)}.

NOTA: La puissance maximale est donc le double de la puissance moyenne obtenue par la division de la puissance totale par w2(z).

Page générée en 0.094 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise