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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) I;H6E  
EV{kd.=f  
[attachment=61355] g&9E>wT  
XOgl> 1O  
光路layout如下 ~wG.'d]  
*)0bifw$&  
[attachment=61356] YoiM\gw  
#eSVFD5ZU  
再麻煩各位了 EOJk7  
qj *IKS  
光杆司令 2015-02-02 12:40
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。
jeep168917 2015-02-02 13:02
光杆司令: mq~rD)T  
你可以看看第一张图下面的数据。如果系统设计达或者接近diffraction limit，那么光斑会像图中所示，此时这个光斑核心部分的特征尺寸为1.22λ(F/#)。 Gy{C*m7Q  
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[attachment=61357] ' k~'aZ  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ Qx,?v|Xg  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 s8w7/*<d  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] b6!?K!imT  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ e"en ma\_  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 GRz`fO  
 (2015-02-02 13:02)  1fRYXqx  
8EZ"z d`n/  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: dsqqq,>Q  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了 t`03$&Cx7  
x-) D@dw<  
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)  g}|a-  
6G7B&"&  
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:  Us k@{  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 qD7(+a  
WW0N"m'  
X}0NeG^'O  
好的！ 1sYwFr5  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 p*_g0_^  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 5dT-{c%w4  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? z 4Qz9#*"^  
讓我很困惑 c~ l$_A  
[attachment=61396] R}llj$?  
[attachment=61397] qc|;qPj   
[attachment=61398] %Gl,V5z&  
4?><x[l2{  
Hlp!6\gukp  
ml.l( 6A  
6vro:`R ?  
&at>pV3_  
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)  &1F)/$,v  
y,DK@X  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ 1 YMaUyL 1  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 z+PSx'#}  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm C(?>l.QGw  
....... (2015-02-03 13:25) u5V<f;  
/:ma}qG y  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm(直径2.8)相对光斑3.3mm(直径6.6mm)小不少，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 "!p#8jR^  
?Sn$AS I  
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。 duXv [1  
q{yz]H,  
回10楼 *S~. KW[  
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。 "!E(= W?  
8Dhq_R'r  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: J^n(WnM*F  
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。 KDRIy@[e  
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。 jBI VZ!X  
N=tyaS(YJ  
kSB)}q6a  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 Iimz  
iknBc-TLD  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 <\X4_sdy  
n U$Lp`  
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 RUX!(Xw  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm `5[VO  
[attachment=61403] e3) rF5pp  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm r A0[y  
[attachment=61404] saU|.\l  
.Pxb9mW  
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 <wj2:Z0  
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 jY87N Hg  
e)!X9><J  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm S3)JEZi  
[attachment=61405] :Gy .P  
{YK6IgEsJe  
不知道是否我模擬上有問題 ;&Eu< %y  
@hl5^d"l  
RL.%o?<&?  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: /xrt,M@  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 ,1^)JshZ~  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm 05|t  
[图片] ' ["Y;/>  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm b cz<t)  
[图片] Z#7HuAF{]  
....... {'>X6:  
9FPl  
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: ap;*qiNFQ  
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。 (Ca\$p7/  
n-H0cm  
K")-P9I6-f  
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？ { " $2  
"#[Y[t\Ia  
u7a4taM$d  
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? Q?[k>fu0  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 7p u*/W~  
LR9dQ=fHS  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案  /H!I90  
[图片] 6S`eN\s  
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？ :/Sx\Nz78  
....... (2015-02-03 17:22)  LvW9kL+WiQ  
7i 6-Hq  
回9樓 chfj|Ce]x  
G4<'G c  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm o?hya.;h4  
k[G?22t  
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 CBi V':;  
[图片] > -k$:[l  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ #T !YFMh;  
....... (2015-02-03 17:22) I uhyBo  
B`T9dL[E4  
你应该查看zemax manual的条目Gaussian Size+Angle，然后根据laser的divergence和在beam expander第一面(surf1 in LDE)上的size计算相应数据，然后设置pop参数。 uOm fpgO  
1v,4[;{  
即使自己输入数据，但是waist to beam为0时，本质上存在θ=λ/πω0的关系，所以size与angle是相关的，不能随意输入。 7xWX:2l*?  
4my8 p Fk  
当waist to beam为z时，还需要考虑z=zr*sqrt((ω/ω0 )^2-1)，计算出相应数据。详细内容请仔细阅读ZEMAX manual。 5+,&9;'Y^  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 3$WK%"%T  
[图片] #YhKAG@|  
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？ &W|'rA'r  
....... (2015-02-03 17:22)  ,!bOzth2>K  
Y$Os&t@bu  
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)  \^':(Gu4o  
T /[)U  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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