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jeep168917 2015-02-02 09:16

雷射光聚焦後光斑

想請教，為甚麼雷射光束通過擴束鏡之後，再加一面凸透鏡讓光束聚焦，但光斑的能量分布會是一環一環的，如下圖(用Physical Optics Propagation模擬雷射光束) "ba>.h,#'  
TrC :CL  
[attachment=61355]  h@"u==0  
;mLbgiqQ J  
光路layout如下 ?&GV~DYxA  
Ncle8=8  
[attachment=61356] zoI0oA  
x\2N @*I:  
再麻煩各位了 aO>Nev  
30nR2mB Kt  
光杆司令 2015-02-02 12:40
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。
jeep168917 2015-02-02 13:02
光杆司令: m?#J`?E  
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。  y+.E}  
)RE~=*?d  
[attachment=61357] 't:s6  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ Xs7xZ$  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 c (Gl3^  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] !gfz4f&  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ (2vf <x  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 82bOiN15  
 (2015-02-02 13:02)  OVE5:)$x  
IT~pp _6g  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: oq>8  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了 pxs#OP  
?_+h+{/@B  
這樣的系統是好的嗎？　因為目前想利用雷射來鑽孔
光杆司令 2015-02-03 12:59
jeep168917:這樣的系統是好的嗎？　因為目前想利用雷射來鑽孔 (2015-02-03 10:20)  dz6i~&  
\*5_gPj!d  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔
jeep168917 2015-02-03 13:25
光杆司令: S z3@h"  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 +$eEZ;4  
)$*T>.JA  
.,C8ASfh  
好的！ ;OlC^\e  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 !$:lv)y  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm A.!V*1h{  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? Z2yZz:.'  
讓我很困惑 m)A~1+M$)L  
[attachment=61396] CvwC| AW  
[attachment=61397] F8\nAX  
[attachment=61398] (z}q6Lfa  
Y5}<7s\UDO  
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AeqxH1%  
cG|ihG5)  
9Bl c  
oxfocean 2015-02-03 14:08
贴上源文件吧，大家容易分析。
jeep168917 2015-02-03 14:39
oxfocean:贴上源文件吧，大家容易分析。 (2015-02-03 14:08)  5>J{JW|  
3YyB0BMW  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ JFVal#  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 T_CYSS|fX  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm <7TE[M'  
....... (2015-02-03 13:25) K1O0/2O  
yu~~"Rq)  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm(直径2.8)相对光斑3.3mm(直径6.6mm)小不少，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 gCAWRNp  
]Lq9Ompf(t  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近3.3mm最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 TCJH^gDt  
}0c  
回10楼 \?)@ #Qs  
你确定surf5和surf6的中心孔径为1.4mm，然后外面obscure区域足够拦住直径6.6mm的光？如果obscure区域不够大，相当于只有中间一个环带区被阻拦，可能造成1楼图示的情形。同时，surf6上的size也可能为3.3mm。 q: . URl  
_A%} >:q  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: ?fcQd6-}  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm相对光斑2.8mm小很多，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 lil1$K: i  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近2.8最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 tn201TDZ]=  
'cJHOd  
fLl~a[(5  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 SN O'*?  
!Q =H)\3  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 GMRw+z4  
CGvU{n,"  
jeep168917 2015-02-03 15:30
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 KOVGwEj  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm 7:t+  
[attachment=61403] HkFoyy  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm GGsDR%U  
[attachment=61404] WjtmV2b<7  
sEq_K#n{  
發現，若接近光斑大小來決定 obscuration aperture的尺寸的話，就會出現一環的現象，但奇怪的是，中心點的能量是0，而兩邊有peak ax&,  
而obscuration aperture尺寸越小，則中心點能量較其中，peak power 高，而沒有一環一環的現象 .p&4]6  
Qc-jOl  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm Dsc{- <v  
[attachment=61405] OF'y]W&  
|]sh*<:?,  
不知道是否我模擬上有問題 }6MHIr=o  
LC)-aw>-  
Fu:VRul=5$  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: '=}F}[d"kk  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 v1wMXOR  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm gSS2)Sd}  
[图片] .jW+\mIX  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm z/yNFY]i  
[图片] -:]_DbF  
....... x TEDC,B  
QyN<o{\FD!  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。
jeep168917 2015-02-03 17:22
光杆司令: >drG,v0qh  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。 ! *Snx  
RlJt+lnV  
j?a^fcXB  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ -DWyKR= j"  
WBcnE( zF  
tS|gQUF17  
再者，我在POP上設定Gaussian Size的話，在代入θ=λ/πω0就可以得到angle嗎? yb{ud  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 k0[b4cr`  
h0i/ v  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 ^t p6G  
[图片] .X2fu/}  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ }K<% h  
....... (2015-02-03 17:22)  }bkQr)us  
h!@t8R  
回9樓 pK_n}QW  
[9}D+k F  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm NOzAk%s3I  
I%4)%  
所以外圍擋光的區域一定夠大
冰凝0118 2015-02-03 20:05
再加一面凸透鏡
光杆司令 2015-02-03 21:56
jeep168917:附上檔案 47/14rY 2  
[图片] AlVB hR`  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ *_qLLJg  
....... (2015-02-03 17:22) OrG1Mfx&2%  
O7})1|>1  
你应该查看zemax manual的条目Gaussian Size+Angle，然后根据laser的divergence和在beam expander第一面(surf1 in LDE)上的size计算相应数据，然后设置pop参数。 fN|'aq*Pd  
G (Ky7S Z  
即使自己输入数据，但是waist to beam为0时，本质上存在θ=λ/πω0的关系，所以size与angle是相关的，不能随意输入。 .+.'TY--  
5LYzX+a)  
当waist to beam为z时，还需要考虑z=zr*sqrt((ω/ω0 )^2-1)，计算出相应数据。详细内容请仔细阅读ZEMAX manual。 l- mt{2  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 ]Jum(1Bo  
[图片] Mr}K-C?ge  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ <J o\RUx  
....... (2015-02-03 17:22)  JNL9t0 x  
cvk$ I"q+  
以上很多观点都是自己的理解，可能有误，希望你了解；我会尽自己的能力，尽量给你正确的帮助~
jeep168917 2015-02-06 22:00
光杆司令:以上很多观点都是自己的理解，可能有误，希望你了解；我会尽自己的能力，尽量给你正确的帮助~ (2015-02-03 23:05)  bL 9XQ:$C  
U:+wt}-T"  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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