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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) t{s*,X\b  
^t:dcY7  
[attachment=61355] pH3<QNq5  
F$bV}>-1k  
光路layout如下 h+ud[atk.  
|]?zH~L  
[attachment=61356] vA}_x7}n(  
~Up{zRD"B  
再麻煩各位了 YS_3Cq  
)2_[Ww|.  
光杆司令 2015-02-02 12:40
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。
jeep168917 2015-02-02 13:02
光杆司令: P.qzP/Ny  
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。 ,|B-Nq  
4A6Yl6\Y  
[attachment=61357] c~?Zmdn:  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ `/ayg:WSU  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 Be=rBrI>  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] &~ y)b`r  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ 6(Pan%  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 ^ RA'E@ "  
 (2015-02-02 13:02)  15\m.Ix  
GWnIy6TH l  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: d;Vy59}eY  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了 .$qa?$@  
|h>PUt@LL  
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)  PsY![CPrW  
{ "y/;x/  
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: 8:ubtB  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 h3ygL"k  
Kl1v^3\{  
3<0b_b  
好的！ 8Sbz)X  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 a:kAo0@":j  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm *Rgr4-eS  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? xEb>6+-F@  
讓我很困惑 )H8_.]|  
[attachment=61396] Y0LZbT3  
[attachment=61397] pu-HEv}]a|  
[attachment=61398] 1'kO{Ge*p:  
4>JSZ6i#n  
E C?}iP  
ewDYu=`*  
A2_ut6&eb  
-'rdN i  
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)  3I)~;>meo  
g4K+AK  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ Ey@^gHku\  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 [^"}jbn/  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 2> a&m>  
....... (2015-02-03 13:25) *|&Y ,H?  
fTxd8an{  
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。 [Rj4= qq=  
bTs2$81[  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近3.3mm最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 (Mc{nFqS  
&A:&2sP8  
回10楼 GRc)3 2,  
你确定surf5和surf6的中心孔径为1.4mm，然后外面obscure区域足够拦住直径6.6mm的光？如果obscure区域不够大，相当于只有中间一个环带区被阻拦，可能造成1楼图示的情形。同时，surf6上的size也可能为3.3mm。 l;-2hZ  
l;M,=ctB(  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: taDe^Ist j  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm相对光斑2.8mm小很多，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 G 1{m"1M  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近2.8最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 rL<N:@HL  
"]3o93 3 D  
qt:B]#j@  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 jd]L}%ax  
"yymnIQ3u  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 r?KRK?I  
^a qQw u  
jeep168917 2015-02-03 15:30
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 ts=D  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm Ztk%uc8_lM  
[attachment=61403] Zl[EpXlZ  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm t!4 (a0\$F  
[attachment=61404] } ew{WD  
Qfp4}a=  
發現，若接近光斑大小來決定 obscuration aperture的尺寸的話，就會出現一環的現象，但奇怪的是，中心點的能量是0，而兩邊有peak z<Z0/a2'1  
而obscuration aperture尺寸越小，則中心點能量較其中，peak power 高，而沒有一環一環的現象 wsdZwik  
ZXLAX9|  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm ,7$&gx>2&  
[attachment=61405] q AVypP?J  
pZ $>Hh#  
不知道是否我模擬上有問題 AK lr a$  
I!b"Rv=Nf-  
TFldYKd/l  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: ZHwl9n#m  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 8/B8yY-O  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm DZ`,QWuA  
[图片]  Z a,o  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm zn'Mi:O'p  
[图片] Lcg1X3$G  
....... d:Z|It  
/=V!lRs  
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: g |]Hm*  
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。 ASS<XNP  
1"l48NLL|  
,]@Sytky  
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？ S>[&]  
.L)j ql%  
>)`*:_{  
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? U,< ?]h  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 pfMmDl5|  
u\K`TWb%  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 fc^d3wH0L  
[图片] *kNXju  
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？ |zp}u(N  
....... (2015-02-03 17:22)  kznm$2 b  
&A&2z l %#  
回9樓 xQs._YY  
WQNFHRfO*n  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm zE=^}K+  
U5;Y o+z  
所以外圍擋光的區域一定夠大
冰凝0118 2015-02-03 20:05
再加一面凸透鏡
光杆司令 2015-02-03 21:56
jeep168917:附上檔案 fTV3lyk  
[图片] 'n7Ld6%1  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ `j(-y`fo  
....... (2015-02-03 17:22) QR[i9'`<  
Eh.NJI(  
你应该查看zemax manual的条目Gaussian Size+Angle，然后根据laser的divergence和在beam expander第一面(surf1 in LDE)上的size计算相应数据，然后设置pop参数。 z 5IdYF?  
=.6JvX<d1*  
即使自己输入数据，但是waist to beam为0时，本质上存在θ=λ/πω0的关系，所以size与angle是相关的，不能随意输入。 e/y\P&"eI  
=o,6iJ^?$m  
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。 9>[ *y8[:0  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 geSH3I   
[图片] }ujl2uhM  
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？ Eh/Z4pzT  
....... (2015-02-03 17:22)  ~)IiF.I b  
3.<E{E!F  
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)  m9 D' yXZ  
x4%1P w  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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