strahldurchmesser

Der Strahldurchmesser bezeichnet in der Optik und Strahlenphysik die Breite eines Strahls senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung. Bei kreisförmiger Cross-Section entspricht er dem Durchmesser des Strahlquerschnitts; bei unregelmäßigen Profilen kann er je nach Definition etwa als der Durchmesser eines bestimmten Anteilbereichs der Energie betrachtet werden.

Eine weithin gebräuchliche Definition ist der 1/e^2-Durchmesser, insbesondere für Laserstrahlen. Hier gilt der Strahlradius w(z) durch I(r,z) = I0(z) exp(-2 r^2 / w(z)^2); der 1/e^2-Durchmesser ist D_1/e^2 = 2 w(z). Für einen Gaußstrahl hängt w(z) von der Distanz z ab: w(z) = w0 sqrt(1 + (z/z_R)^2), wobei w0 der Strahldurchmesser am Fokus (Halbwinkel) und z_R die Rayleigh-Dänge ist. Der Divergenzwinkel des Strahls nähert sich für einen idealen Gaußstrahl θ ≈ λ/(π w0). Abweichungen vom idealen Profil werden durch den M^2-Wert charakterisiert.

Neben dem 1/e^2-Durchmesser werden auch andere Definitionen verwendet, z. B. der FWHM-Durchmesser (vollständige Breite bei halber Maximalintensität) oder Durchmesser, die einen bestimmten Prozentsatz der Gesamtleistung einschließen (z. B. 90 oder 95 %). In der Praxis hängt der Strahldurchmesser stark von der Ortung entlang der Ausbreitungsachse ab, durch Fokussetzung, Linsenanordnung und Diffraktion.

Messung und Anwendungen: Der Strahldurchmesser wird mit Strahlprofiler, Kameras, Knife-Edge-Techniken oder Scanning-Slit-Systemen bestimmt. Er ist entscheidend für die Wahl von Optiken, die Anordnung von Strahlführung und Detektionssystemen in Lasern, Teilchen- bzw. Elektronenstrahlen sowie in der Materialbearbeitung, Messtechnik und Wissenschafts-Experimenten.