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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) c.6QhE  
U:Fpj~E_w  
[attachment=61355] I,z"_[^G  
x[a'(5PwY  
光路layout如下 xx}'l:}2 ]  
" V/k<HRw  
[attachment=61356] Q^kMCrp  
R''Sfz>8  
再麻煩各位了 xF^r`  
Vg) ^|  
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: :s? y,  
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/#)。 T`j  
D_]i/ F%  
[attachment=61357] 1Q3%!~<\s  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ _dz:\v  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 oM m/!Dc  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] 'ocwXyP,  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ cftn`:(&8  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 FlM.D u  
 (2015-02-02 13:02)  ~Y}Z4" o  
*+zy\AhkP  
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: PxCl]~v  
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 4<K ,w{I  
E.Gh@i  
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)  $vicHuX!  
+cOI`4`$  
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: &,kB7r"  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 `1v!sSR0R  
Ip|^?uyrk  
ZV^J5wYE  
好的！ )Is*- W  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 : MmXH&yR  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm ?4?jG3p  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? R;,HtN  
讓我很困惑 `hf9rjy4  
[attachment=61396] 9i)mv/i  
[attachment=61397] .W.U:C1  
[attachment=61398] Bw7:ry  
F"P:9`/  
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")gCA:1-  
_~q^YZ  
% +"AF+c3r  
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)  `<Nc Y*  
o>%W7@Pr  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ ektFk"W3A\  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 EhoR.  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm pK%'S  
....... (2015-02-03 13:25) Q&7Qht:ea:  
LE"xZxe  
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。 L[efiiLh$  
e %#f9i  
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。 "wc $'7M  
J2-xnUa]7  
回10楼 ,;g:qe3D$  
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。 9dAsXEWh  
O`4X[r1LD  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: {.ph)8  
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。 6*%lnd+_  
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。 RZ -w,~  
kG E|17I  
@{j-B IRZ0  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知  mJ-@:5  
>DDQ7 l  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 XHW{EVcF  
Zhw _L  
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 sM4N`$Is23  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm BD#4=u  
[attachment=61403] L\"$R":3{d  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm ^b4o 0me  
[attachment=61404] q.*qZ\;K  
{KR/ TQ?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 #SL/Jr DZ  
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 n_5g:`Y  
PRs[:we~~  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm ] O 2_&cs  
[attachment=61405] *H;&hq  
8s|r'  
不知道是否我模擬上有問題 ]UMwpL&rY  
Kl^Yq  
3#dUQ1qo6  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: V$@@!q  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 T Li0*)}  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm iPxSVH[  
[图片] ZSxKk6n}J  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm Ie``W b=  
[图片] bvZmo zbD  
....... 'tF<7\!  
^ .>)*P  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。
jeep168917 2015-02-03 17:22
光杆司令: 7J##IH+z35  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。 ( ]'4_~e  
*COr^7Kf5  
Z3"f7l6  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ w ~Es,@  
amgYr$)m  
4d[:{/+Q  
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? ,c}Q;eYc3  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 qky{]qNW  
n(-XI&Kn  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 WwPfz<I  
[图片] ZSU;>&>%v  
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？ DpoRR`  
....... (2015-02-03 17:22)  +mYD DlvI  
TBvv(_  
回9樓 `4g m'C  
; :a7rN"(  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm x$?{)EY  
] +LleS5  
所以外圍擋光的區域一定夠大
冰凝0118 2015-02-03 20:05
再加一面凸透鏡
光杆司令 2015-02-03 21:56
jeep168917:附上檔案 [2a*TI  
[图片] "Rf8#\Y/<  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ 6NVf&;laQ  
....... (2015-02-03 17:22) W8'cAY  
QyuSle  
你应该查看zemax manual的条目Gaussian Size+Angle，然后根据laser的divergence和在beam expander第一面(surf1 in LDE)上的size计算相应数据，然后设置pop参数。 :lcZ )6&S  
l(-6pP5`  
即使自己输入数据，但是waist to beam为0时，本质上存在θ=λ/πω0的关系，所以size与angle是相关的，不能随意输入。 `i<;5s!rX  
?H#]+SpOcv  
当waist to beam为z时，还需要考虑z=zr*sqrt((ω/ω0 )^2-1)，计算出相应数据。详细内容请仔细阅读ZEMAX manual。 ;3s_#L  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 6TvlK*<r=  
[图片] =W"BfG  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ n8DWA`[ib  
....... (2015-02-03 17:22)  lG;RfDI-  
^} P|L  
以上很多观点都是自己的理解，可能有误，希望你了解；我会尽自己的能力，尽量给你正确的帮助~
jeep168917 2015-02-06 22:00
光杆司令:以上很多观点都是自己的理解，可能有误，希望你了解；我会尽自己的能力，尽量给你正确的帮助~ (2015-02-03 23:05)  i$gm/ZO  
7Gd)=Q{uur  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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