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      1. DOE光學元件之高斯光束的傳播

        時間:2021-01-28 來源:新特光電 訪問量:1302

        理論和實踐已證明,在可能存在的激光束形式中,最重要且最具典型意義的就是基模高斯光束。無論是方形鏡腔還是圓形鏡腔,基模在橫截面上的光強分布為一圓斑,中心處光強最強,向邊緣方向光強逐漸減弱,呈高斯分布。因此,將基模激光束稱為高斯光束。

        激光束腰和分布

        為了獲得高斯光束光學的精確原理和限制,有必要理解激光束輸出的特性。在TEM(橫模和縱模為0)模式下,光是從激光開始輻射,就像一個含有高斯橫截發光剖面的完美平面波,高斯形狀被激光內部的尺寸或者某種光學序列的限制光圈在某個直徑處被截斷。為了指定和論述激光光束的傳播特性,我們必須給它的直徑下一些定義。普遍被采用的定義是光束發光(最強烈)峰值,軸向或者數值的地方的直徑衰減1/e2(13.5%)。

        束腰,是指高斯光絕對平行傳輸的地方。半徑,是指在高斯光的橫截面考察,以最大振幅處為原點,振幅下降到原點處的0.36788 倍,也就是1/e*e 倍的地方,由于高斯光關于原點對稱,所以1/e*e 的地方形成一個圓,該圓的半徑,就是光斑在此橫截面的半徑;如果取束腰處的橫截面來考察,此時的半徑,即是束腰半徑。沿著光斑前進,各處的半徑的包絡線是一個雙曲面,該雙曲面有漸近線。高斯光束的傳輸特性,是在遠處沿傳播方向成特定角度擴散,該角度即是光束的遠場發散角,也就是一對漸近線的夾角,它與波長成正比,與其束腰半徑成反比,計算式是:2*波長/ 3.1415926*束腰半徑),故而,束腰半徑越小,光斑發散越快;束腰半徑越大,光斑發散越慢。

        高斯光束

        衍射效應使光在傳播過程中向橫向傳播。因此它不可能有一個被精確校準的光束。激光光束的傳播可以被純衍射理論精確地預測。異?,F象小到在這里可以統統不用去考慮。在非常平常的情況下,光束傳播可以小到被忽略。下面的方程精確地描述了光束的傳播,由此可以很容易地看出激光光束的能力和限制。

        高斯光束

        近場和遠場的分別

        不像常規的光束一樣,高斯光束不是線性的分布??拷す獾臅r候,分布角度是非常的小的。遠離激光的時候,分布角如上描述接近漸進的限制。定義為光束半徑通過2的平方根因素傳播的距離,在下面式中給出

        高斯光束

        在光束腰(z=0)的地方,波陣面更加平坦。同樣地,在z=∞處,波陣面也更加平坦(R(∞)= ∞)。隨著光束從腰部傳播,波陣面的曲率因此必須增加到最大值并且緊接著開始下降,如下圖所示。Raleigh范圍,考慮到在近場分布和中波段分布之間的區分線,是從波陣面曲率最大值腰部的距離。遠場分布(數值查詢激光器說明)必須在遠大于ZR(通常大于10nbsp即足夠)的時刻才能別測量。這是非常重要的區別,因為在一個光學序列中對點大小和其它參數的計算會在近場或者中場分布被使用時變得不準確。對于一個緊緊被聚焦的光束,從腰部(聚焦點)到遠場的距離僅僅是幾毫米或者更小。對于從激光直射光束,遠場距離可以按米的數量級來測量。

        高斯光束

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