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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) x~!|F5JbM  
+wmG5!%$|  
[attachment=61355] 5z!$=SFz  
ezp%8IZ;  
光路layout如下 UgC65O2  
=x\`yxsG  
[attachment=61356] LD}~]  
m"iA#3l*=  
再麻煩各位了 @5S'5)4pB  
Lr$M k#'B  
光杆司令 2015-02-02 12:40
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。
jeep168917 2015-02-02 13:02
光杆司令: v 3I^81  
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。 4N,mcV  
y2G Us&09  
[attachment=61357] ?l0Qi  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ x;n3 Zr;(  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 ^}_Ka//k  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] i+Z)`  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ 7*!7EBb  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 gq7tSkH@  
 (2015-02-02 13:02)  [FO4x`  
vrnvv?HPrR  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: Qs6<(zaqkt  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了 3_(_yEKx  
g6GkA.!X$  
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)  `m,4#P-kj  
s,z~qL6&  
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: ,i>`Urd  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 Jf YgZ\#  
<BR^Dv07U  
Knwy%5.Z  
好的！ >eJ <-3L;  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 `DM%a~^yg  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 4cjfn'x  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? -TUJ"ep]QJ  
讓我很困惑 L\Se ,  
[attachment=61396] I}C2;[aB  
[attachment=61397] 8^7Oc,:~  
[attachment=61398] ORM>|&  
dGKo!;7{  
+%dXB&9x|Z  
E7Lqa S  
!~#zd]0x;  
lF}[ YL  
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)  4]o+)d.`(  
JR!-1tnc  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ /a\i  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 $_S-R 3L\  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 9&sb,^4  
....... (2015-02-03 13:25) S~/2Bw!2  
D!.c??   
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。 _r:Fmn_%-  
}m+Q(2  
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。 , >7PG2 a  
%9cT#9!7  
回10楼 [FBS|v#T  
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。 cN@_5  
3t-STk?  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: NF0_D1Goi  
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。 M P8Sd1_=  
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。 sSU|N;"Y  
-J3~j kf  
ht>%O7  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 ].s;Yxz  
Q yw@ r  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 lpXGsK H2  
[gT}<W  
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 vCP[7KhGj  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm m[eqTh4*  
[attachment=61403] |Y K,&  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm ~vz%I^xW  
[attachment=61404] Z3JUYEAS  
lU doMm  
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 Srx:rUCv  
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 Gko"iO#  
X$5  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm nG<oae6z"  
[attachment=61405] *k7BE_&*0Z  
j{lurb)y  
不知道是否我模擬上有問題 ,<IomA:q4  
?# w} S%  
 2yJ{B   
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: Ysu\CZGX  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 [eD0L7 1[  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm e%[*NX/  
[图片] ;(?tlFc  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm }PJsPIa3j  
[图片] os{ iY  
....... aG]>{(~cL  
/-p!|T}w  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。
jeep168917 2015-02-03 17:22
光杆司令: ~^obf(N`  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。 b11I$b #  
(%fQhQ  
eS!]..%y  
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？ geR :FO;\  
eJo" Z  
,4H? +|!  
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? ? uYO]!VC  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 'u<e<hU  
{c*$i^T  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 }p?,J8=-  
[图片] Qp<*o r@  
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？ -Hm"Dx  
....... (2015-02-03 17:22)  (LK@w9)i;  
D]E=0+  
回9樓 DPf].i#  
K ar!  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm Ou1kSG|kM  
;cVK2'  
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 i+S%e,U*  
[图片] `%|3c  
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？ b6;MTz*k>  
....... (2015-02-03 17:22) j(I(0Yyh  
alRz@N  
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。 [.l,#-vp  
,&,XcbJ  
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。 >Ch2Ep  
Eva&FHRTY  
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。 4NRj>y  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 <2O#!bX1  
[图片] v! DU ewz  
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？ `o{_+Li9  
....... (2015-02-03 17:22)  `)8S Ix  
lRS'M,/  
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)  Tqs|2at<t  
2/F8kVx{  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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