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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) %qi%$  
Qt~B#R. V  
[attachment=61355] (Vap7.6;_  
Bq{ ]Eh0%  
光路layout如下 Fv@tD4I>  
'kQ~  
[attachment=61356] .pW o>`"  
)# PtV~64  
再麻煩各位了 (!-;T  
DJ|BM+  
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: W }Zb~[,  
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/#)。 d EI a=e|  
3A d*,>!  
[attachment=61357] Rf?%Tv0\  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ PF6 7z]<o  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 @.1Qs`pt  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] -: C[P  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ ^>eFm8`N  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 v >NTh  
 (2015-02-02 13:02)  g{]ej  
#|q;t   
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: f.sPE8 #3=  
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 A-}PpH~.Z  
^BQ>vI'.4  
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)  9CgXc5  
}?\#_BCjx(  
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: -Ihn<<uE?  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 mYsuNTx!.  
[5}cU{M  
8_sU8q*s  
好的！ 8xeun~e"vS  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 kOlI?wc  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm sk%:Sp  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? umHs" d  
讓我很困惑 ~I8"l@H>  
[attachment=61396] PEwW*4Xo  
[attachment=61397] (<AM+|  
[attachment=61398] qx#ghcU  
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/(WX!EEsB  
s\3Z?zm8  
S{`!9Pii  
M25z<Y  
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)  3\U,Kg  
nH3b<k;S  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ Jt, 4@  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 ]SR`96vG  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm B91PlM.  
....... (2015-02-03 13:25) pC.T)k  
S7>gNE;%]u  
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。 KcF+!;:  
=sVt8FWGY  
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。 "@? kxRn!  
cTx/Y&\9  
回10楼 [cAg'R6  
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。 (eE}W~Z  
/<pQ!'/G  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: {# _C  
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。 WN1-J(x6  
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。 s4k%ty}  
<t@*[Aw  
_\;# a  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 `I{Q,HQ7  
>g2.z>  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 a/#,Y<kJ  
T^G<)IX`c  
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 2=+ ,jX{  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm 2MeavTr  
[attachment=61403] M3`A&*\;  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm #_\~Vrf(#  
[attachment=61404] 3vD,hL`&  
^k##a-t<_>  
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 ZfikNQU9r  
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 RtL'fd  
ob #XKL  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm Tyl"N{ _  
[attachment=61405] m/Z_HER^  
Or>[_3  
不知道是否我模擬上有問題 s$6#3%h  
zy;w07-)  
v}D!  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: DBRJtU!5x  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 1-#tx*>AY  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm kz^G.5n   
[图片] Y)`+u#` R  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm ND>}t#^$  
[图片] p'*UM%@SIY  
....... |z%,W/Ef  
nabN.Ly  
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: d,77L  
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。 A SSoKrFL  
#d~"bn q;c  
P(`IY +  
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？ llzl-2` /  
oZ}e w!V  
i]nE86.;  
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? zin ,yJ  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 md0=6< }P  
OH~t\fQ1Zf  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 ;cO0Y.V9l  
[图片] iJYr?3nw;  
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？ uk1IT4+  
....... (2015-02-03 17:22)  K)qmJ-Gub  
!-QKh aY  
回9樓 C?B7xK  
gFKQm(0g2  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm gQ?k}D  
{?C7BClB  
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 7mu%|!  
[图片] N+r~\[N\9  
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？ -F*j`  
....... (2015-02-03 17:22) cJqPcCq(wn  
bDr'W   
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。 %o?fE4o'  
-<|E bh d3  
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($u L@$  
M0^r!f>O  
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。 wo*/{KFvh  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 +8~S28"Wg3  
[图片] GM@TWwG-B  
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？ hwexv 9""  
....... (2015-02-03 17:22)  Vv zd>yII  
iA%3cpIc(Z  
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)  !N!M NsyDz  
rPQ$e!m1Ee  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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