"¿Cuál es la diferencia entre las definiciones 1/e² y FWHM para el ancho de haz?"

"La definición 1/e² marca el radio del haz donde la intensidad cae aproximadamente al 13,5% del máximo (estándar para haces gaussianos). FWHM (Ancho total a mitad de máxima intensidad) es el ancho donde la intensidad cae al 50% del pico. Para un haz gaussiano, FWHM ≈ 1,177 × radio 1/e². La definición elegida afecta los valores medidos y las especificaciones del sistema."

"¿Qué definición de ancho de haz debo usar para mi aplicación?"

"Para haces casi gaussianos, use el método 1/e² o D4σ (segundo momento, ISO 11146). Para haces no gaussianos o de frente plano, FWHM puede ser más significativo. Siempre especifique el método utilizado para evitar confusiones en las especificaciones o comparaciones."

"¿Cómo afecta el ancho de haz a la resolución y la directividad?"

"Un ancho de haz más estrecho aumenta la resolución y directividad del sistema, permitiendo un enfoque más fino, mayor ganancia (en antenas) y mejor discriminación entre objetivos. Haces más anchos proporcionan mayor cobertura pero reducen la resolución y la directividad."

"¿Cómo se mide el ancho de haz en la práctica?"

"El ancho de haz óptico se mide usando el método de cuchilla, rendija/pinhole de escaneo o perfiladores de haz basados en cámara (siguiendo ISO 11146 para D4σ). El ancho de haz de antena se mide escaneando la potencia radiada versus el ángulo y encontrando los puntos −3 dB (media potencia)."

"¿Por qué existen múltiples definiciones de ancho de haz?"

"Los perfiles de haz varían (gaussiano, frente plano, multimodal, etc.), por lo que diferentes definiciones (1/e², FWHM, D4σ) ofrecen la medida más significativa según la aplicación y la forma del perfil. Las normas especifican cuál usar para mantener la consistencia."

Ancho de haz

El ancho de haz describe la extensión de un haz de luz o radio, influyendo en la resolución, el enfoque y la cobertura en fotometría, óptica, láseres y antenas.

Optics Antenna Laser Photometry

Contáctenos Solicite una consulta

Ancho de haz – Extensión angular del haz en fotometría, óptica y antenas

El ancho de haz, también conocido como ancho de haz angular o ancho de haz a media potencia, es un parámetro fundamental en fotometría, óptica, física de láseres y teoría de antenas. Especifica cómo se distribuye la energía—ya sea luz visible, infrarroja u ondas de radio—como un haz que se propaga a través del espacio o de un medio. El ancho de haz determina cuán concentrada está la energía, cuán ampliamente se dispersa y, en última instancia, cuán bien puede un sistema resolver, detectar o transmitir información.

¿Por qué es importante el ancho de haz?

Resolución: En óptica e imagen, un ancho de haz menor permite mayor nivel de detalle y mayor resolución espacial.
Directividad: En antenas, un ancho de haz estrecho concentra la energía en una dirección específica, aumentando la ganancia y reduciendo la interferencia.
Cobertura: Haces más anchos iluminan áreas mayores pero a costa de resolución y directividad.
Seguridad y eficiencia: Conocer el ancho de haz es fundamental para cálculos de seguridad láser, alineación de sistemas y acoplamiento eficiente a fibras ópticas o receptores.

Conceptos relacionados

Radio y diámetro del haz: En óptica, el radio del haz (w) es la distancia desde el centro donde la intensidad cae a 1/e² (aproximadamente 13,5%) del pico. El diámetro es el doble de este valor, conteniendo ≈86% de la potencia para un haz gaussiano.
Tamaño de mancha: El área transversal más pequeña de un haz enfocado, que establece el tamaño mínimo de característica en el procesamiento de materiales o microscopía.
Resolución angular: El ángulo más pequeño entre dos fuentes que pueden distinguirse—definido por el ancho de haz en imagen y radar.
Plano E y plano H: Planos principales en antenas usados para definir el ancho de haz en direcciones ortogonales.
Ancho de lóbulo principal: El ancho angular del lóbulo dominante de radiación, típicamente medido en −3 dB (media potencia).
Divergencia de haz: La tasa a la que el ancho de haz aumenta con la distancia.
Distribución de intensidad: El perfil de potencia o energía a lo largo de la sección transversal del haz (gaussiano, frente plano, etc.).

Definiciones de ancho de haz

Radio y diámetro 1/e² (gaussiano)

Para un haz gaussiano, el perfil de intensidad es:

I(r, z) = I₀ exp(−2 r² / w²(z))

Radio 1/e² (w): Donde la intensidad cae al 13,5% del pico.
Diámetro 1/e²: 2 × w (contiene ≈86% de la energía).
Estándar para especificaciones de láser.

FWHM (Ancho total a mitad de máxima intensidad)

Ancho al 50% de la intensidad máxima.
Para un gaussiano, FWHM ≈ 1,177 × w.
Frecuentemente usado para haces no gaussianos o de frente plano, imagen y sensores.

D4σ (Segundo momento, ISO 11146)

Diámetro D4σ: Cuatro veces la desviación estándar del perfil de intensidad.
Integra todo el perfil del haz, adecuado para formas complejas.
Requerido por la norma ISO 11146 para caracterización láser.

Tabla comparativa:

Definición	Significado físico	Relación gaussiana	Caso de uso
Radio 1/e²	13,5% de intensidad, contiene ~86% de la energía	w	Láser, haces gaussianos
FWHM	Ancho al 50% de la intensidad máxima	≈1,177 × w	Imagen, frente plano, sensores
D4σ (segundo momento)	4× desviación estándar de la intensidad	w (si es gaussiano)	ISO, perfiles de haz complejos

Fórmulas clave

Propagación de haz gaussiano

Radio de haz a lo largo de z:
```
w(z) = w₀ sqrt(1 + (z/zR)²)
```
- w₀: cintura mínima
- zR = πw₀²/λ (rango de Rayleigh)
Divergencia en campo lejano:
```
θ = λ / (π w₀)
```
Producto de parámetros del haz (BPP):
```
BPP = M² λ / π
```

Ancho de haz de antenas

Ancho de haz a media potencia (HPBW):
- Ancho angular entre los puntos −3 dB en el patrón de radiación.
Aproximación de directividad:
```
D ≈ 4π / (θ_E × θ_H)
```
Límite de apertura:
```
θ ≈ λ / d
```
- d: tamaño de apertura

Métodos de medición

Óptica y láseres

Cuchilla/rendija: Mover cuchilla/rendija a través del haz, registrar la potencia transmitida, reconstruir el perfil.
Perfiladores basados en cámara: Capturan la intensidad 2D, calculan 1/e², FWHM o D4σ (ISO 11146).
Apertura de escaneo: Mover un pinhole/rendija, medir la potencia transmitida para obtener el perfil 1D/2D.
Selección de sensor: Asegurar que el área del sensor sea >3× el diámetro del haz. Igualar la respuesta del sensor con la longitud de onda y la duración del pulso.

Antenas y radar

Patrón en campo lejano: Girar la antena o sonda, registrar la potencia radiada vs. ángulo.
Escaneo en campo cercano: Mapear el campo cerca de la antena, transformarlo matemáticamente al campo lejano.
Desafíos comunes: Ruido de fondo, alineación, no linealidad del sensor y calibración.

Normas

ISO 11146: Especifica el método D4σ para ancho de haz/propagación láser.
IEC 60825: Seguridad láser, requiere ancho de haz preciso para cálculos de exposición.
IEEE/UIT: Definiciones estándar para HPBW y directividad en antenas.

Relaciones y compensaciones

Ancho de haz estrecho: Mayor resolución y directividad; más sensibilidad a la alineación.
Ancho de haz ancho: Mayor cobertura, alineación más sencilla; menor ganancia/resolución.
El diseñador debe equilibrar: Cobertura, directividad, complejidad mecánica y precisión de la medición.

Ejemplos prácticos

Corte láser: Tamaño de mancha pequeño (haz estrecho) para cortes finos.
Microscopía: Tamaño de mancha mínimo (límite de difracción) determina la resolución óptica.
Acoplamiento a fibra: El ancho/divergencia del haz debe coincidir con el modo de la fibra para un acoplamiento eficiente.
Enlaces de microondas: Platos parabólicos con haces estrechos para enlaces de largo alcance.
Radar/Lidar: El ancho de haz determina la resolución angular o espacial de la detección y el mapeo.

Resumen

El ancho de haz, ya sea definido por 1/e², FWHM o D4σ, es central para el diseño y funcionamiento de sistemas ópticos y de RF. Determina cómo se focaliza o dispersa la energía, impactando en la resolución, directividad y cobertura. La medición precisa y la especificación clara, siguiendo las normas relevantes, son esenciales para el rendimiento, la seguridad y la interoperabilidad del sistema.

Para obtener ayuda con la medición del ancho de haz, el diseño de sistemas o el cumplimiento de normas, contáctenos o solicite una consulta .

Preguntas Frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre las definiciones 1/e² y FWHM para el ancho de haz?: La definición 1/e² marca el radio del haz donde la intensidad cae aproximadamente al 13,5% del máximo (estándar para haces gaussianos). FWHM (Ancho total a mitad de máxima intensidad) es el ancho donde la intensidad cae al 50% del pico. Para un haz gaussiano, FWHM ≈ 1,177 × radio 1/e². La definición elegida afecta los valores medidos y las especificaciones del sistema.
¿Qué definición de ancho de haz debo usar para mi aplicación?: Para haces casi gaussianos, use el método 1/e² o D4σ (segundo momento, ISO 11146). Para haces no gaussianos o de frente plano, FWHM puede ser más significativo. Siempre especifique el método utilizado para evitar confusiones en las especificaciones o comparaciones.
¿Cómo afecta el ancho de haz a la resolución y la directividad?: Un ancho de haz más estrecho aumenta la resolución y directividad del sistema, permitiendo un enfoque más fino, mayor ganancia (en antenas) y mejor discriminación entre objetivos. Haces más anchos proporcionan mayor cobertura pero reducen la resolución y la directividad.
¿Cómo se mide el ancho de haz en la práctica?: El ancho de haz óptico se mide usando el método de cuchilla, rendija/pinhole de escaneo o perfiladores de haz basados en cámara (siguiendo ISO 11146 para D4σ). El ancho de haz de antena se mide escaneando la potencia radiada versus el ángulo y encontrando los puntos −3 dB (media potencia).
¿Por qué existen múltiples definiciones de ancho de haz?: Los perfiles de haz varían (gaussiano, frente plano, multimodal, etc.), por lo que diferentes definiciones (1/e², FWHM, D4σ) ofrecen la medida más significativa según la aplicación y la forma del perfil. Las normas especifican cuál usar para mantener la consistencia.

Mejore el diseño de sus sistemas ópticos y de RF

Comprenda y optimice el ancho de haz para lograr mejor resolución, eficiencia y cobertura en sus aplicaciones de fotónica, láser o antenas. Nuestros expertos pueden ayudarle a seleccionar las tecnologías y técnicas de medición adecuadas.

Contáctenos Solicite una consulta

Saber más

Dispersión del haz

La dispersión del haz, o ancho angular, define cómo la luz de una fuente se dispersa y distribuye en el espacio. Es crucial en fotometría, diseño de iluminación...

Nov 18, 2025 6 min de lectura

Lighting Photometry +2

Ángulo de haz

El ángulo de haz es un concepto fotométrico fundamental que define la dispersión angular de la luz de una luminaria, crucial en el diseño de iluminación para ap...

Nov 18, 2025 8 min de lectura

Lighting Photometry +6

Intensidad del haz

La intensidad del haz es una magnitud fotométrica que expresa la intensidad luminosa dentro de la dirección principal del haz de una fuente de luz, medida en ca...