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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) 9C`Fd S   
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[attachment=61355] z3>}(+  
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光路layout如下 B_@>HZ\&  
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[attachment=61356] /FB'  
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再麻煩各位了 j!jZJD  
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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: glPOW  
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/#)。 mu|#(u  
+KXg&A/^  
[attachment=61357] \q%li)  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ e9"<.:&  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 ADlPdkmym  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] T6%*t#8r  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ eHm!  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 ,8cw jS2E  
 (2015-02-02 13:02)  ! E#XmYhX=  
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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: ]SFB_5Gb  
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 593D/^}D  
-A[iTI"  
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)  =1!wep"  
qh Rs5QXL  
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: eVL'Ao&Ho  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 sNZ{OD+  
tRZCOEo4  
;>{B K,  
好的！ LSv0zAIe/  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 m7Nm!Z7  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm ':lADUt  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? $rD&rsx6  
讓我很困惑 QXqBb$AXi,  
[attachment=61396] _[zO?Div[  
[attachment=61397] ?u{y[pI6  
[attachment=61398] fn>MOD!l  
SE&J)Sj]  
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%?1k}(qUeY  
"l6v[yv  
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)  >J,Rx!fq3  
bim}{wMb  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ C1/qiSHsh  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 jd>ug=~x  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm EL/~c*a/  
....... (2015-02-03 13:25) yE+Wb[H[  
NA@<v{z  
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。  S(* u_  
K9z 1'k QH  
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。 OO$YwOKS  
)I&,kH)+  
回10楼 0Ncx':]5  
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。 3:H[S_q  
Ui:WbH<b{  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: ;#/Uo8  
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。 \Bvy~UeE)>  
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。 7QX p\<7  
t 3l-]  
E*"-U!?)l2  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 .Ce0yAl~  
QJH((  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 y 1I(^<qO=  
AqZ()p*z  
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 [G<SAWFg7  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm zcE` .)y  
[attachment=61403] AMSn^ 75  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm 77/j}Pxh  
[attachment=61404] IM(=j  
4#Rq}/h  
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  qDK\MQ!  
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 K&IHt?vh!  
JY0}#FtgV  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm Rq[VP#  
[attachment=61405] ?l?_8y/ww  
|h 3`z  
不知道是否我模擬上有問題 ;\],R.!  
lxh}N,  
.t9*wz  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: q@ %9Y3  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 9 :FzSD  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm {3kI~s  
[图片] qp`G5bw  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm  |7wiwdD"  
[图片] gt:Ot0\7  
....... TM$Ek^fQ.  
*h Bo,   
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。
jeep168917 2015-02-03 17:22
光杆司令: ofA6EmQ37  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。 dj0`Q:VZ  
59I}  
hT<:)MG)+K  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ B(%bBhs  
Fttny]  
X@7K#@5  
再者，我在POP上設定Gaussian Size的話，在代入θ=λ/πω0就可以得到angle嗎? hrr;=q$  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 ,w/f :-y  
6uH1dsD  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 MQ>vHapr  
[图片] 3A} n tA!  
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？ b['TRYc=:  
....... (2015-02-03 17:22)  ]~(Ipz2NP  
{Pg7IYjH  
回9樓 <!zItFMD[m  
Z<r&- !z  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm rDYq]`  
y( MF_'l  
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 #zy,x  
[图片] i]$d3J3  
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？ nLtP^ 1~9H  
....... (2015-02-03 17:22) j9u-C/Q\r  
K.z}%a  
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。 e-}PJ%!,T  
6!"15dPN  
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。 x(b&r g.-0  
+&?VA!}.  
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。 N'`*#UI+  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 iK#{#ebAoW  
[图片] w}1)am &pD  
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？ I&xRK'  
....... (2015-02-03 17:22)  53T2w,?  
OS9v.pz  
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)  1=X=jPwO C  
4 5lg&oO  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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