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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) qt+vmi+~  
+L*2 6ar6  
[attachment=61355] M)6_Ta l  
W,YzD&f=uS  
光路layout如下 c+#GX)zh\G  
~f 2H@#  
[attachment=61356] V@<tIui$  
NFPW#-TF  
再麻煩各位了 O'U0Y8HN  
L~Epd.,Dt  
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: }k7@ X  
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/#)。 yPn5l/pDDr  
[Nr6 qxWg  
[attachment=61357] x "]%q^x  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ 7EOn4I2@[  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 b\"JXfw  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] P-ys$=  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ NwIl~FNK  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 us"SM\X#  
 (2015-02-02 13:02)  L0qo/6|C  
5Lo{\7%  
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: T12?'JL^r  
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 z `T<g!Y  
_FeLSk.  
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)  B'"C?d<7  
*>n<7T0  
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: r&@#,g  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 Bwj^9J/ob  
|&`NB|  
<f %JZ4p*  
好的！ vz #VW  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 N%v}$58Z  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm Q#Q]xJH  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? =o^oMn  
讓我很困惑 |&eZ[Sy(=l  
[attachment=61396] L}UJ`U  
[attachment=61397] 57k@] 3 4  
[attachment=61398]  ;)s$Et%  
yoGe^gar  
mYJ%gdTpo  
,#hS#?t   
DygMavA.  
eu@hmR8T  
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)  R#gt~]x6k  
DjY&)oce(  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ 9vIqGz-o  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 y[QQopy4:  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm G bW1Lq&"  
....... (2015-02-03 13:25) }E[u" @}  
> mI1wV[  
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。 ~)J]`el,Q  
D*7JE  
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。 +5:Dy,F =  
(41BUX  
回10楼 >fZ N?>`  
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。 9Q\CJ9  
/~sNx  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: ^nO0/nqz]  
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。 u92);1R  
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。 ^|^ywgK  
t(~V:+W9  
Uz4!O  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 a:q>7V|%$  
cj[a^ ZH  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 c+BD37S  
OBnf5*eJ  
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 LqYP0%7  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm  dmR>u  
[attachment=61403] kT-dQ32  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm ul@swp  
[attachment=61404] E{wnhsl{  
3p+V~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 Pv#Oea?  
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 L'Yg$9Vz  
5SB!)F]   
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm ,H)v+lI  
[attachment=61405] &gxWdG}qx]  
TmS-w  
不知道是否我模擬上有問題 ^y,Ex;6o  
w$)NW57[|  
qsT@aSIo9  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: 1RgERj  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 0'g e}2^  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm %MM)5MsB  
[图片] FokSg[)5  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm hh[@q*C  
[图片] ~(;HkT  
....... *'n L[]  
<~Oy3#{  
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-jZ5nl(  
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。 :0kKw=p1R  
zmhAeblA  
nH}V:C  
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？ ~IFafAO&  
]$!7;P  
[M2xF<r6t  
再者，我在POP上設定Gaussian Size的話，在代入θ=λ/πω0就可以得到angle嗎? G6bvV*TRi  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 #G\Ae:O  
&],O\TAul  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 ?lm<)y?I7+  
[图片] Hp@cBj_@P2  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ 4M;S&LA  
....... (2015-02-03 17:22)  EcPvE=^c  
}OSfC~5P  
回9樓 ]''tuo2g8  
D=B:tP  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm m/WDJ$d  
Q'[~$~&`  
所以外圍擋光的區域一定夠大
冰凝0118 2015-02-03 20:05
再加一面凸透鏡
光杆司令 2015-02-03 21:56
jeep168917:附上檔案 / `w'X/'VJ  
[图片] n4 Y ]v  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ lqKwjJ tX  
....... (2015-02-03 17:22) h#8 {fr)6  
tI2p-d9B  
你应该查看zemax manual的条目Gaussian Size+Angle，然后根据laser的divergence和在beam expander第一面(surf1 in LDE)上的size计算相应数据，然后设置pop参数。 sk. rJ  
<pUc( tPoz  
即使自己输入数据，但是waist to beam为0时，本质上存在θ=λ/πω0的关系，所以size与angle是相关的，不能随意输入。 m>b i$Y  
S*rcXG6Q^  
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。 !v3wl0  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 dzMI5fA<_  
[图片] Py,@or7n  
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？ oDas~0<oh  
....... (2015-02-03 17:22)  LvS3c9|Aj  
ihhnB  
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)  1y"37;x  
U w`LWG3T  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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