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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) (ZlU^Gw#UB  
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[attachment=61355] omx=  
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光路layout如下 .}+}8[p4l  
h";L  
[attachment=61356] c71y'hnT  
* T1_;4i  
再麻煩各位了 \;Weizq5  
kJR`:J3DJ  
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: 6u%&<")4HP  
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/#)。 |j|rS5  
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[attachment=61357] ~ri5zb20  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ .\mj4*?/  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 S jj6q`  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] {G-kNU  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ sRfcF`7  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 <naz+QK'  
 (2015-02-02 13:02)  ;a3}~s  
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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: W!<U85-#S  
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 +|rj4j)L&'  
#;<Y[hR{P  
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)  u4j5w  
ix$bRdl  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔
jeep168917 2015-02-03 13:25
光杆司令: <m m[S  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 T |p"0b A  
M{\I8oOg  
s>en  
好的！ RpK@?[4s  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 Jv i#)  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm g{Rd=1SK]  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? _+,TT['57s  
讓我很困惑 j6YOKJX  
[attachment=61396] yr6V3],Tp  
[attachment=61397] <[phnU^ 8  
[attachment=61398] %;/P&d/  
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C}X\|J  
oxfocean 2015-02-03 14:08
贴上源文件吧，大家容易分析。
jeep168917 2015-02-03 14:39
oxfocean:贴上源文件吧，大家容易分析。 (2015-02-03 14:08)  So6x"1B  
zqku e%^?-  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ 0[`^\Mv4y  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 Ri{=]$  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm IPk4 ;,  
....... (2015-02-03 13:25) )4OxY[2J  
9Na$W:P c  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm(直径2.8)相对光斑3.3mm(直径6.6mm)小不少，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 +z( Lr=G  
NUZl`fu1Z4  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近3.3mm最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 p?!/+  
zda 3 ,U2o  
回10楼 3mgD(,(^  
你确定surf5和surf6的中心孔径为1.4mm，然后外面obscure区域足够拦住直径6.6mm的光？如果obscure区域不够大，相当于只有中间一个环带区被阻拦，可能造成1楼图示的情形。同时，surf6上的size也可能为3.3mm。 q'DW~!>qX  
M7T5 ~/4  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: .]^?<bG  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm相对光斑2.8mm小很多，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 h0$iOE  
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。 K-4PI+qQ\  
t_^4`dW`  
~ }P,.QQ  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 5+vaE 2v  
)8AXm  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 I,tud!p`  
^!d3=}:0  
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 hb$Ce'}N  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm x:Y1P:  
[attachment=61403] P0@,fd<  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm 1?}T=)3+$  
[attachment=61404] TH;hO).u  
F5<H m_\:  
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 N7"W{"3D  
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 .Mbz3;i0  
vP&(-a  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm >Tgv11[  
[attachment=61405] 7#XzrT]  
dd;~K&_Q/i  
不知道是否我模擬上有問題 1zv'.uu.,  
0kh6@y3  
i5Ggf"![  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: O.? JmE  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 V~GDPJ+  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm t@(HF-4~=  
[图片] |!ELV 7?(  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm dtDFoETz  
[图片] )0`C@um  
....... \bXa&Lq  
:OT&  
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: iU-j"&L5  
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。 ]9-\~Mwh  
:UdF  
Kw}'W 8`c  
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？ -Za/p@gM  
pAEx#ck  
?2a$*(  
再者，我在POP上設定Gaussian Size的話，在代入θ=λ/πω0就可以得到angle嗎? V&i;\9  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 ;S{(]K7i  
6@f-Glwg  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 ~ 1pr~  
[图片] Q&&@v4L   
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ *VeRVaBl  
....... (2015-02-03 17:22)  4YHY7J  
zQA`/&=Y  
回9樓 P4?glh q#  
}Lv;!  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm 8Y3I0S  
F/Pep?'  
所以外圍擋光的區域一定夠大
冰凝0118 2015-02-03 20:05
再加一面凸透鏡
光杆司令 2015-02-03 21:56
jeep168917:附上檔案 KU;9}!#  
[图片] )jC%a6G!  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ Ewm9\qmg  
....... (2015-02-03 17:22) V$~9]*Wn  
Il.K"ll  
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。 b[7 ]F  
8X0z~ &  
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。 80;(Gt@<"  
=mGez )T5\  
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。 `"~%bS  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 9S-9.mvop  
[图片] <9%R\_@$H  
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？ h@h!,;  
....... (2015-02-03 17:22)  V_:&S2j  
V!dtF,tH  
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)  8h4'(yGQQW  
9<)NvU^-r  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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