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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) pr;<n\Y{  
~<v{CBq[  
[attachment=61355] u\t[rC=yd  
0WF(Ga/o  
光路layout如下 +GP"9S2%R  
E0xUEAO  
[attachment=61356] wS``Q8K+dM  
k5!k3yI  
再麻煩各位了 ^ b-H  
_q6+]  
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: #y>oCB`EM  
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/#)。 }PED#Uv  
h$ZF[Xbfe  
[attachment=61357] Jc:G7}j6  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ y:2o-SJn  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 0 |F (qR  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] 7XwFO0==  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ ~?L. n:wu  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 ol:_2G2xQ  
 (2015-02-02 13:02)  ^3r2Q?d\  
WrG)&&d  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: CF$^we  
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 Rq\.RR](  
'7E?|B0],  
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)  n32BHOVE  
s K s 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: HPm12&8,  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 @ Al\:  
@/XA*9]l  
vJ }^ p }  
好的！ kW5g]Q   
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 > STWt>s  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm  Wu9@Ecb  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? XkOsnI8n  
讓我很困惑 ;#cb%e3  
[attachment=61396] h0d;a  
[attachment=61397] : xB<Rq  
[attachment=61398] TDk'  
-+-@Yq$  
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Hj$JXo[U  
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8?h-H #h  
oxfocean 2015-02-03 14:08
贴上源文件吧，大家容易分析。
jeep168917 2015-02-03 14:39
oxfocean:贴上源文件吧，大家容易分析。 (2015-02-03 14:08)  ! av B&Z  
yIC8Rl  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ bL soKe  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 Z M_ 6A1  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 03$-U0.;-  
....... (2015-02-03 13:25) nm5zX,  
VrLU07"0n  
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!:W-Y%&#  
Whp;wAz  
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。 |W4 \  
G8b/eWtP  
回10楼 )[_A{#&  
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。 z(V?pHv+  
Ja<pvb  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: s!S,;H  
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。 3&i8C,u]/O  
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。 <K4`GT"n  
St/<\Y,wr  
qZRx,^gd  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 :(tSL{FO  
h $)t hW  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 VesW7m*z  
iw1((&^)"  
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 BOqq=WY  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm 2{naSiaq  
[attachment=61403] UJ' +Z6d  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm 9D74/3b*  
[attachment=61404] !M:m(6E1  
B@!a@0,,_  
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 _i [.5  
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 $$C5Q;7w!  
i(.c<e{v~  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm `K[:<p}  
[attachment=61405] /Z<"6g?  
JtYc'%OF  
不知道是否我模擬上有問題 6_/oVvd  
p '{ `Uvr  
%8iA0t+  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: IDBhhv3ak  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 M0o=bYI  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm aA%$<ItH  
[图片] G~)jk+Qq  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm ,G1|] ~  
[图片] !$h%$se  
....... )<4o"R:*  
[a;lYsOsJ  
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: 9Lz)SYd  
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。 z('93vsO  
l[G ,sq"  
 aSHZR  
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？ Kox~k?JK  
i04Sf^  
ec1g7w-n  
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? | nry^zb  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 .[cT3l/t  
2SG|]=  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 r1?LKoJOn  
[图片] Ue,"CQ6H  
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？ q"5 2-42  
....... (2015-02-03 17:22)  0]HK (,/h  
q0c)pxD%`  
回9樓 IBF>4q m"  
` jUn  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm YYM  
g:,4Kd|  
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 p,0 \NUC  
[图片] EXi+pm  
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？ M<L<mP}  
....... (2015-02-03 17:22) Bh.'%[',  
c ~C W-%wN  
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。 W>Kwl*Cis"  
z>&D~0  
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。 !3&}r  
)- \w  
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。 g bh:Y}_FU  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 >KPJ74R  
[图片] O+$70   
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？ #.)>geLC>9  
....... (2015-02-03 17:22)  m [g}vwS  
""d>f4,S  
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)  J"rwWIxO*  
\T9UbkR  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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