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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) eP{srP3 9  
4kOO3[r  
[attachment=61355] %mI0*YRma  
1S{Biqi+  
光路layout如下 n1[c\1   
b)w cGBS  
[attachment=61356] 6FS%9.Ws  
 W!Tx%  
再麻煩各位了 Gnc`CyN:H  
bS_#3T  
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: {i;,Io7 W  
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/#)。 Iu'9yb  
`Fqth^RK?p  
[attachment=61357] {X,%GI  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ !Vpi1N\  
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 ]:%DDlRb  
光杆司令 2015-02-02 20:15
jeep168917:[图片] [^!SkQ  
要如何知道系統有沒有達到diffraction limit？所以這現象是正常的嗎？ V#G)w~   
我一開始以為是否為球面像差造成的現象 .AN1Yt  
 (2015-02-02 13:02)  WcmX"{  
$S>'0mL  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了
jeep168917 2015-02-03 10:20
光杆司令: )qx;/=D  
你可以放大图片获取第一环带的尺寸，并将其与1.22λ(F/#)比较，如果接近或者只有2-5倍的关系，可以认为是diffraction limit了 ^cZ< .d2  
")KqPD6k  
這樣的系統是好的嗎？　因為目前想利用雷射來鑽孔
光杆司令 2015-02-03 12:59
jeep168917:這樣的系統是好的嗎？　因為目前想利用雷射來鑽孔 (2015-02-03 10:20)  e-*@R#x8+  
Xz@#,F:@  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔
jeep168917 2015-02-03 13:25
光杆司令: /?r A|  
如果系统性能达到diffraction limit，聚焦光斑最小，有利于钻小孔 ntLEk fK{  
I#xdksY  
M~\dvJ$cH  
好的！ #w.0Cc  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 ="78#Wfj2  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm 7SS#V  
但是為什麼在Paraxial Gaussian Beam Data 看到Sur5 與 Sur6的Beam size是大於2.8呢? ef^GJTv&k  
讓我很困惑 ]7}!3m  
[attachment=61396] 6HZtdRQF  
[attachment=61397] kJmwR  
[attachment=61398] 0 aH&M4  
|` ~ioF  
Hrpz4E%\Aw  
61Cc? a*_  
[L X/O@  
8OZasf  
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)  9[zxq`qT}+  
2|^@=.4\  
沒問題~好的! 謝謝 !
光杆司令 2015-02-03 14:46
jeep168917:好的！ ?YR;o4  
再請教一下，我利用Paraxial Gaussian Beam Data 來看每個位置的光斑大小 ]%D!-[C%1  
Sur5 與 Sur6 分別是兩個 Circular Obscuration aperture，並且設定通過孔徑(radius)為1.4mm sPi  
....... (2015-02-03 13:25) pRV.\*:c  
bK%F_v3'  
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。 m8F$h-  
}{N#JTmjB#  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近3.3mm最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 6ioj!w<N  
):PN0.H8  
回10楼 dPu27 "  
你确定surf5和surf6的中心孔径为1.4mm，然后外面obscure区域足够拦住直径6.6mm的光？如果obscure区域不够大，相当于只有中间一个环带区被阻拦，可能造成1楼图示的情形。同时，surf6上的size也可能为3.3mm。 "L]v:lg3  
K>+ v" x  
jeep168917 2015-02-03 15:01
光杆司令: WVyDE1K <  
结合你的LDE数据来看，因为你obscuration aperture尺寸为1.4mm相对光斑2.8mm小很多，所以有明显的diffraction效应，这样就能解释为什么你前面的图中呈现多重环带状。 .>;??BG}  
如果你的扩束系统已经完成设计，并且gaussian beam的参数设置没有问题，这个POP给出的结果说明你的obscuration aperture设置不能太小，接近2.8最好。不然diffraction效应会十分明显，使聚焦光斑的能量分布不均匀，对钻孔不利。 t+A*Ws*o  
0"e["q{|  
DtBvfYO8)>  
我出擴束鏡之後(surf)的光斑大小為3.3mm，由Paraxial Gaussian Beam Data 表可知 bMc[0  
8g8eY pG  
只是不知道為什麼Paraxial Gaussian Beam Data的數字不會受到 obscuration aperture改變 ,K}"o~z  
}OIe!  
jeep168917 2015-02-03 15:30
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 SVVEb6&  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm ?a,#p  
[attachment=61403] &V axv$v}  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm !)oQ9,N  
[attachment=61404] rEp\ld  
[H\0 '  
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 9 D.wW  
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 bJPKe]spJ=  
tOVTHx3E]  
下圖是，obscuration aperture radius = 1 mm {=?[:5  
[attachment=61405] 92Gfxld\  
<=|^\r !}&  
不知道是否我模擬上有問題 ]lKUpsQI  
H5d@TB, `  
z4D)Xy"/  
光杆司令 2015-02-03 16:22
jeep168917: %! Sjbh  
剛又稍微做了測試，出擴束鏡的光斑大小為 3.31mm 左右 4VF]t X?o  
若是obscuration aperture radius = 1.4 mm c'?EI EP  
[图片] $bpu  
若是obscuration aperture radius = 1.65 mm rUV'DC?eE  
[图片] MsIaMW_  
....... +#>nOn(B  
!}mM"|<  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。
jeep168917 2015-02-03 17:22
光杆司令: `P|V&;}K  
首先，下载了你的zmx文件，没有得到上面三幅图的结果；其次，你的POP参数设置有误，当你surf to beam是0时，surf1就是waist所在的平面。Gaussian Size + angle中的Size与Angle的关系如下：θ=λ/πω0。它们不是互相独立的。 _w <6o<@  
5 r<cna  
BG-nf1K(  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ l,QO+ >)z  
?ODBW/{[G  
5}9rpN{y  
再者，我在POP上設定Gaussian Size的話，在代入θ=λ/πω0就可以得到angle嗎? F CfU=4O  
因為Gaussian Size與Angle，是我分別自己輸入的值，不用套用公式 0x,4H30t(  
.zW.IM}Z  
jeep168917 2015-02-03 17:28
jeep168917:附上檔案 a&n}pnEn)  
[图片] 9aKCO4  
那我應該要先修改 surf to beam的值，不太可能是0，因為我是由雷射出光後，打到擴束鏡(surf1)，對嗎？ i"M$hXO  
....... (2015-02-03 17:22)  v kW2&  
Y]}>he1/5  
回9樓 *ur[u*g  
2C &l\16  
我是將obscuration aperture min radius = 1.4 max radius = 100 mm +d8?=LX  
Z9I ?j1K|!  
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 ' +[fJ>Le  
[图片] C XiSin  
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？ # Q_ d  
....... (2015-02-03 17:22) E6y ?DXW H  
b!-F!Lq/+0  
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。 .UJjB}4$f  
9"mcN3x:\e  
即使自己输入数据，但是waist to beam为0时，本质上存在θ=λ/πω0的关系，所以size与angle是相关的，不能随意输入。 SAw. 6<Wy-  
x3?:"D2  
当waist to beam为z时，还需要考虑z=zr*sqrt((ω/ω0 )^2-1)，计算出相应数据。详细内容请仔细阅读ZEMAX manual。 Snf1vH  
光杆司令 2015-02-03 23:05
jeep168917:附上檔案 cp7Rpqg  
[图片] 7VQk$im399  
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？ " %)zTH  
....... (2015-02-03 17:22)  h5?yrti  
* -Kf  
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)  prC1<rm  
*@|EaH/  
謝謝您的幫忙，我學習很多!
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