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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) UiNP3TJ'L  
\;Weizq5  
[attachment=61355] lOp`m8_=  
0jfuBj5!  
光路layout如下 dO\"?aiD  
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[attachment=61356]  M6TD"-  
WIGi51yC.x  
再麻煩各位了 zQ PQ  
1Y,Z %d  
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: !x)R=Z/C  
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 /kS]  
^z\cyT%7t  
[attachment=61357] *WZA9G#V5  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ Rb;'O89Hj@  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 @VI@fN  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] 2zpr~cB=  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ ULW~90  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 W3RT{\  
 (2015-02-02 13:02)  b Zt3|  
t,' <gI  
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: E.f%H(b  
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 W8<%[-r  
_G0 x3  
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)  MJvp6n  
L$-T,Kze  
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: 7"##]m.  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 H[gWGbPq7  
%RVZD#zr  
pI[uUu7O  
好的！ VQs5"K"  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 ;*N5Y}?j'  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm :Al!1BJQ  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? N;d] 14|  
讓我很困惑 (mOtU8e  
[attachment=61396] ~dSr5LUD  
[attachment=61397] ; KA~Z5x;  
[attachment=61398] ;`Z{7'^U  
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@7u0v  
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ZC ?Xqp  
lMt=|66  
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)  6Zo}(^Ovz  
W)/#0*7  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ QY/w  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 r" y.KD^  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm |N2#ItBbW  
....... (2015-02-03 13:25) +R&gqja  
vt8By@]:  
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。 Tx D#9]Q`  
+2{Lh7Ks  
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。 Oz95  
y0#2m6u  
回10楼 /7kC<  
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。 +rd+0 `}C  
29Ki uP  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: A^g(k5M*  
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。 &~CI<\o 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。 By |4 m  
Xvu(vA  
COlqcq'qAu  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 /: "1Z]@  
f|5co>Hk  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 qX%_uOw:%  
)7F/O3Tq  
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{}VPcrbC  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm FPz9N@M%Q  
[attachment=61403] $4LzcwG  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm tmq OJ  
[attachment=61404] iS^QTuk3%  
C dn J&N{  
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 +7Gwg  
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 01]f2.5  
_6Sp QW  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm j#|ZP-=1_  
[attachment=61405] S jqpec8  
K;?+8(H  
不知道是否我模擬上有問題 pK*TE5]  
N~Jda o  
3] Ct6  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: )7@0[>  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 "@kaHIf[  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm `cO:<^%  
[图片] hTkyz la  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm $b\P|#A  
[图片] \e_O4  
....... =1! 'QUc  
`oJ [u:b  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。
jeep168917 2015-02-03 17:22
光杆司令: |%wX*zaf  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。 .543N<w  
,[Fb[#Qqb  
(t.Nk[  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ "KlwA.7/  
v:p}B$  
E9}C  #  
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? ':W[A  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 *A< 5*Db:F  
-8Xf0_  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 5?L<N:;J_  
[图片] d1kJRJ   
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？ gJhiGYx  
....... (2015-02-03 17:22)  |%v^W3  
'2O\_Uz  
回9樓 T)CP2U  
tu?MYp;  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm 2JFpZU"1  
&[SC|=U'M  
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 L:8q8i  
[图片] @v B!u[{  
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？ A4ygW:  
....... (2015-02-03 17:22) Tqk\XILG N  
<o= 8 FO  
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。 F\KUZ[%  
S+2(f> Z  
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。 1r7y]FyH$  
l\?c}7k  
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。 BCcjK6'  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 N{~Y J$!8  
[图片] @Pzu^  
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？ 13=.H5  
....... (2015-02-03 17:22)  5Zva:  
@{pLk4E  
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)  Ktm4 A O  
Uwx E<=z  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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