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定后兩種因素。當(dāng)然，激光模式是由激光器和光束傳輸系統(tǒng)決定的。

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

　　一條用帶十字標(biāo)尺的透鏡進行聚焦的CO2激光光束。透鏡表面被分為四個象限。每個象限都含有一個略為傾斜的圓柱體拋物面形狀。這種透鏡表面形狀會將每個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(diào)諧激光光束。注意，光束強度符合高斯分布規(guī)律。

　　衍射

　　光具有波的性質(zhì)，因此不可避免地會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，該現(xiàn)象存在于所有的光學(xué)系統(tǒng)中，能夠決定這些系統(tǒng)在性能方面的理論限值。衍射會使光束在傳播過程中發(fā)生橫向擴展。如果在對某個準(zhǔn)直激光光束進行聚焦時使用的是一個“理想”透鏡，那么光斑的大小將只受衍射作用的影響。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面透鏡產(chǎn)生的光斑大小。

　　衍射產(chǎn)生的最重要的影響是，它使光斑大小隨焦距線性增加，但與光束的直徑成反比。因此，如果某個特定透鏡的輸入激光光束直徑增加，由于衍射變?nèi)?，光斑會變小。而且，如果對于某個特定激光光束，當(dāng)焦距減小時，光斑也會變小。

　　M2–激光模式參數(shù)

　　正如您在上一個公式中看到的那樣，焦點的大小與激光模式參數(shù)，即M2成正比。M2表示某條特定光束在傳播過程中的發(fā)散速度；對于一條理想的TEM00激光光束而言，M2=1。這個參數(shù)是用高級儀表測出的，激光器制造商的規(guī)格中也會提供這一參數(shù)。

　　能夠觀察到此現(xiàn)象的實驗條件是很難滿足的，需要一個超級大強度的激光使靶面發(fā)生電離，同時使致密包電子(飛行鏡)加速，該飛行鏡僅存在于幾飛秒時間內(nèi)，第二束強激光在這段時間內(nèi)正面碰撞飛行鏡，并被鏡面反射。再加上需要使用僅有幾納米厚的固體靶面和足夠強度對比質(zhì)量的激光束，你會獲得這個稍有挑戰(zhàn)性的實驗方案。

　　然而，加爾興Max-Planck量子光學(xué)研究所、慕尼黑大學(xué)、貝爾法斯特皇后大學(xué)、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有50納米厚度的超薄箔靶面，滿足了此實驗所需條件。研究人員觀察到激光束波長發(fā)生下移，從800納米下移了約60納米，同時反射脈沖寬度從50飛秒壓縮至幾百阿秒量級(1阿秒為10^-18秒)。

　　此實驗現(xiàn)象不僅證明了愛因斯坦狹義相對論，而且提供了一種產(chǎn)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(xué)和原子尺度上基礎(chǔ)物理學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)有著重要的需求和應(yīng)用。