激光通过透镜后聚焦有最小尺寸吗？

digger2011 · 发表于 2011-5-8 22:50:10

已知透镜的焦距为f，通光口径为D，激光束的波长为λ，激光通过透镜后所能达到的最小尺寸能有多少？
希望大家踊跃讨论！

digger2011 · 发表于 2011-5-9 20:35:40

本帖最后由 digger2011 于 2011-5-9 20:36 编辑

      我发起这个问题的讨论主要是想了解下不同学科对于这个问题的不同思考角度。最好能够在不引入新的参量的情况下得出一个结果。
      这样一个问题我目前还没有深入考虑过，想从光学教程、信息光学、激光原理着手思考。但是总感觉未必能自圆其说，先随便谈谈请大家指正。
      首先，从透镜的成像特性来研究下透镜的聚焦特性。
      透镜的成像特性告诉我们：点物成点像，这是光的粒子性的体现。
      如果一个无穷小的点通过透镜成像，这个像就应该是光通过透镜后聚焦的最小尺寸，这个像点从光的粒子性分析是个无穷小的点，但是从波动性考虑会怎么样呢？
      透镜具有成像特性，放大倍率为1的成像光路可以等效为一个4f系统。点光源通过第一个透镜之后变成平行光，平行光再通过第二个透镜进行聚焦。在聚焦之前形成的平行光都是从光的粒子性出发研究的，聚焦方面我从光的波动性进行考虑。
      一束平行光通过一个有限尺寸的透镜，得到一个艾里斑，艾里斑的大小为1.22 λ f / D。此艾里斑大小即为光通过透镜后聚焦的最小尺寸。
      在这个讨论中，我只是从放大倍率为1的成像系统研究了透镜的聚焦特性，其他放大倍率的光学系统仍然具有聚焦特性，我并没有正面放大倍率为1的系统聚焦性强于其他成像系统。
      论坛中如果有人对此有想法，还请指教！

liluplanet · 发表于 2011-5-10 09:51:44

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liurunjun · 发表于 2011-5-11 03:57:52

从波动性质来讲光线其实就是波前曲率的法线，从谐振腔N次反射后输相位已发生变化，波面已成球面波，曲率随着Z的增大而减小，当到达聚集镜折射面时光线已客观存在发散角，楼上说的没错平行光仅是概念性的实际上不可能实现的。
如果假设成像系统都是完美的，那么所有努力都是围绕着模式指标而折腾的。

digger2011 · 发表于 2011-5-11 05:47:38

3楼应该是光学设计类的达人，您能否从这个角度发表对这个问题的看法？像差的概念只在应用光学中有点印象，确实没有考虑，不知您能否从您的领域做出一个更深入分析？
4楼的达人应该比较熟悉激光器吧，记得激光器说明书上一般会标定光斑尺寸与发散角，我之前用过一个激光器的激光光斑大小小于2mm，请问如果不考虑发散角，这个光斑尺寸能够达到多少？理论上可以达到多少？实际制作中大概能达到多少？
还想请教4楼一个问题，在您的领域中对球面波的理解是怎样的？一个平面用来接受光束，那么这个”球面波“的中心是确定的吗？如果将接收平面纵向移动一段距离，这时候”球面波“的中心不变吗？
希望不吝赐教！（发起这个问题的原因仅仅是想了解国内光学的不同行业、不同学科的人对同一个问题的看法，增长见识，请大家多多关照！）

kaka · 发表于 2011-5-11 09:40:36

高斯光束聚焦的问题

digger2011 · 发表于 2011-5-11 10:12:03

回复6楼，是不是要引入激光束的腰斑大小、腰斑距离透镜的距离？这种情况下，计算出来的聚焦光斑大小在现实中能达到吗？是不是如二楼所说远远大于计算值？

liluplanet · 发表于 2011-5-11 13:06:10

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oe507 · 发表于 2011-5-11 20:27:46

理论上，激光是高斯光束，也就是变心球面波，通过透镜后可以用高斯光束传递求解的方法求出其透镜后的束腰半径，这个应该是最小尺寸，束腰位置波面应该是平面。

digger2011 · 发表于 2011-5-12 09:37:19

本帖最后由 digger2011 于 2011-5-12 09:38 编辑

回复9楼，先不去查书了，直接询问好了。“高斯光束传递求解的方法”里面的解法，是否与通光口径大小无关呢？是不是透镜孔径为D或者D * 系数，得到的结果一样呢？还请赐教！

gaozhijun · 发表于 2011-5-13 15:45:37

能不能比喻的浅显一点

kkkyt · 发表于 2011-5-13 16:10:29

光束质量也很重要的说。。。

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