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确定焦点的大小_物理_自然科学_专业信息
发布时间:2021-02-26 17:17:56 浏览: 161次 来源:【jake推荐】 作者:-=Jake=-

焦点尺寸的确定在进行激光切割时,必须将激光束聚焦在尽可能小的点上。如果功率密度需要最大化以进行精密切割衍射极限光斑尺寸,这绝对是必要的。光斑大小受许多因素影响。最重要的因素是:?激光模式(M 2)?衍射?球面像差透镜的形状和焦距可以确定后两个因素。当然,激光模式由激光器和光束传输系统确定。1.衍射光具有因此,在所有光学系统中都不可避免地会出现衍射现象,并且可以确定这些系统的理论极限,衍射会导致光束在传播过程中横向扩展。激光束使用“理想”透镜,因此光斑尺寸仅受衍射影响,计算光斑尺寸的公式如下:此方程式可用于计算非球面表面衍射的最重要作用是使光斑尺寸随焦距线性增加,但与光束直径成反比,因此,如果输入激光的直径特定透镜的r光束增加,由于衍射会变弱,光斑会变小。而且,如果对于一定的激光束,当焦距减小时,光斑也将变小。 M2-激光模式参数:如您在上一个公式中所见,焦点和激光的大小模式参数即与M2成正比。 M2代表特定光束在传播过程中的发散速度;对于理想的TEM00激光束,M2 = 1。

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此参数是使用高级仪器测量的,并且该参数还将在激光器制造商的规范中提供。 2.球差您可以使用理想的透镜来聚焦准直的同轴光。所有通过光学元件轴的光线都将形成一个点,并且该点的大小由衍射中的衍射公式确定。但是,许多镜头会受到球差的影响。球差的结果是,穿过透镜边缘和光轴的光线的交点比穿过透镜中心的光线的交点更靠近透镜,如图所示。图1球面像差示意图球面像差会增加光斑的大小,并将最佳焦点移到与计算出的有效焦距不同的位置。球差是与许多因素相关的功能,包括透镜形状,方向和折射率。例如,如果要最小化由冠状玻璃透镜聚焦的可见光斑,则双凸透镜的形状最好。相反,如果硒化锌透镜在1 0. 6?m波长下使用,则最好将其设计为凹凸透镜以最小化光斑尺寸。在特定环境中的实际光斑大小取决于光的轨迹;但是,当使用最佳形状的镜头时,您可以使用该公式估算由球差引起的光斑大小,即:其中:f是镜头焦距D是镜头处的输入光束的直径(在1 / e2点)。 k是折射率函数。上式最值得注意的一点是,球差引起的光斑大小与光束直径的立方成正比,与焦距的平方成反比。

因此,对于某些透镜,如果减小激光束的直径,则由于球面像差,该光斑将迅速变小。类似地黑龙江快3 ,对于一定的光束直径,如果焦距增加,则由球差引起的光斑将相应减小。对于列出的所有材料,由它们制成的弯月形透镜的k值比制成的平凸透镜的k值小得多。因此,当球面像差较大时,弯月形透镜的性能优于平凸透镜的性能。下表列出了当各种材料用波长为1 0. 6?m的光照射时获得的k值:3.确定光斑尺寸可以获得特定透镜的最小光斑尺寸通过平衡衍射和球差的光斑效应。例如,对于焦距为5. 00'的硒化锌弯月形透镜,由衍射和球差引起的光斑尺寸可以表示为输入光束直径作为参数的函数,如下所示。该结论假设透镜使用理想的有限衍射输入光束(M2 = 1)。图中还显示了由衍射和球差引起的光斑尺寸之和。图2由衍射和球差引起的光斑尺寸从图2可以看出,由球差和衍射引起的总光斑尺寸最小,当输入光束直径为25mm时,最小为85um,严格来说,使球差和衍射最小。光斑尺寸的加法和加总不能获得正确的实际光斑尺寸,但在最坏的情况下它可以估算光斑尺寸,一般而言,它可以用作选择镜头的合适参数。

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总结如下:4.透镜形状在计算光斑尺寸的公式中凤凰彩票app ,我们可以看到,由衍射引起的光斑尺寸与透镜形状无关yabobet亚博代理推荐 ,但透镜形状会影响由光斑尺寸引起的光斑尺寸。通过参数k的球差。因此,当由球面像差引起的光斑占很大比例(发生在低光圈值时)时,透镜的形状变得非常重要。在某些情况下,无法准确计算光斑大小。例如,当激光器包含高阶模式光时,您很难准确地检测和分析高阶模式光对透镜性能的影响。在这种情况下,您可以参考以下原则。当光圈值低于f / 5时,弯月形透镜具有更好的性能。如果光圈值在5到10之间,则两个透镜形状之间的性能差异可以忽略不计。如果光圈值大于f / 10,则镜头形状不会在性能上产生重大差异。 5.压力负载通常,我们需要使用透镜或光学窗户镜作为真空室和外部之间的窗户,否则光学组件必须承受压力。考虑到大多数红外光学组件的成本和可能的安全问题,承受压力的光学组件必须具有足够的厚度,以免在装载过程中破裂。另一方面,由于厚度的增加将降低光学元件的传输性能,因此出于光学考虑AG真人 ,最好尽可能地减小厚度。下面列出的公式将解释如何计算在压力下所需的光学元件厚度。在计算中,我们假设光学窗口的边缘由光学法兰从下部支撑,而上表面处于释放状态。

这里没有包括一些会影响某些特定应用所需厚度的重要因素衍射极限光斑尺寸,例如:安装法兰的尺寸安装或密封产生的应力法兰夹紧应力法兰平面度热膨胀应力振动效应压力循环或突然增加热冲击的热循环。安装表面的硬度。安装面的粗糙度。光学元件边缘的粗糙度要满足的光学指标。由于不可能在分析中包括所有这些因素,因此最常用的方法是添加“安全系数”,这将使计算得出的厚度增加到足以满足大多数应用的水平。这将得出以下公式:对于圆形窗口,最小厚度为:对于矩形窗口,最小厚度为:II-VI硒化锌硫化锌多光谱硫化锌锗砷化镓的常用材料的M值8,000 psi 10,000 psi 15,000 psi 13,500 psi 20,000 psi 6.有用的公式(1)。波和干涉条纹(两种不同波长)的转换(2)球面矢状值和厚透镜成像公式(3)焦深和光通过光板的位移(4)偏移和边缘厚度变化(ETV)和楔形角(5)光穿过小的光学楔形时的光斑大小

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