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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) >Ho=L)u  
#l&*&R~>  
[attachment=61355] 3 SbZD   
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光路layout如下 !D{z. KO  
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[attachment=61356] BcpbS%S  
]<YS7.pT  
再麻煩各位了 iNi1+sm  
,#;`f=aqTG  
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: l1 08.ao  
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/#)。 y<`:I|y  
MGw XZ7?E  
[attachment=61357] 30Q77,Nsny  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ H)*%eG~  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 si]MQ\i+  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] !Xq5r8]  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ ~ /K'n  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 vhU $GG8  
 (2015-02-02 13:02)  6LT.ng  
Fl==k  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: OL@' 1$/A  
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 AT"!Ys|  
U;U19[]  
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)  /8s>JPXKH[  
kwpbgQ  
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: |s*tRag  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 2f7]= snCG  
_t;Mi/\P  
&{H LYxh   
好的！ D;WQNlTU  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 Fd/.\s  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 1JSKK.LuJV  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? k<!xOg  
讓我很困惑 )0p7d:%mV  
[attachment=61396] -mAi7[omh  
[attachment=61397] =s$UU15  
[attachment=61398] -|nHwSrCZ/  
X*Cvh|  
"`8~qZ7k  
e!JC5Al7  
fPu,@ L  
]\Q9j7}37+  
oxfocean 2015-02-03 14:08
贴上源文件吧，大家容易分析。
jeep168917 2015-02-03 14:39
oxfocean:贴上源文件吧，大家容易分析。 (2015-02-03 14:08)  7eyVm;LQD  
WFTXSHcG  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ sMn)[k vX  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 i0TbsoKh:  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm RXD*;B$v  
....... (2015-02-03 13:25)  mdtG W  
yZ:AJNb  
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。 6/5Xy69:h  
Z0'&@P$  
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。 @,:6wKMc  
lM |}K-2  
回10楼 \x7^ly$_  
你确定surf5和surf6的中心孔径为1.4mm，然后外面obscure区域足够拦住直径6.6mm的光？如果obscure区域不够大，相当于只有中间一个环带区被阻拦，可能造成1楼图示的情形。同时，surf6上的size也可能为3.3mm。 @BmI1  
F<+!28&h  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: we/sv9v}n  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm相对光斑2.8mm小很多，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 4q"4N2  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近2.8最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 {SkE`u4Sz  
!<3!ORFO  
Am!OLGG4  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 =/!RQQ|8o  
FyQr$;r  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 RcC5_@W  
hXh nJ  
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 ,M9e *  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm 8'"=y}]H~  
[attachment=61403] N%F4ug@i   
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm 61w ({F  
[attachment=61404] n?778Wo}  
M-Ek(K3SRf  
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 4T-"\tmg/  
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 +e, c'.  
\zc R7 5  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm )8!*,e=4  
[attachment=61405] la}cGZ; p.  
Eq%f`Qg+1E  
不知道是否我模擬上有問題 84!Hd.H  
d_Jj&:"l  
h*R w^5,c  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: @lF?+/=$  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 YR*gO TD  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm Hf@4p'  
[图片] 4`,7 tj  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm MzX&|wimb  
[图片] = V2Rq(jH  
....... uQKQC?w  
NX,m6u  
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: lgaSIXDK  
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。 B-MS@ <2  
YGo?%.X  
!i;6!w  
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？ IE`3I#v  
<Q~N9W  
hik.qK  
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? [Arf!W-QG  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 ]@#9B>v=  
Y)1/f EM  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 UY(T>4H+h  
[图片] @ZJL]TO  
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？ KqFI2@v   
....... (2015-02-03 17:22)  ` g]  
yNvAT>H  
回9樓 Tc^ 0W=h  
0>{ ]*  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm 0i*V?  
YlrN^rO  
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 "u6pl);G  
[图片] a&%aads  
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？ ?, pwYT0g  
....... (2015-02-03 17:22) "KIY+7@S}  
vFk@  
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+*tq  
3'uXU<W!  
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。 :`N&BV  
hQ|mow@Zmz  
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。 xrg"/?84  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 --]blP7  
[图片] "[ S[vkI  
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？ qXtC7uNj$  
....... (2015-02-03 17:22)  ]2-Qj)mZ]  
uRy}HLZ"  
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)  ;PVE= z+y  
x=0Ak'1M  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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