Después de quitar el tapón, ponga el frasco vertical sobre una mesa.

Question

Estoy buscando un resumen de los métodos prácticos de enfoque y la colimación de la luz de láser, que supongo que son objetivos contradictorios, o son ellos?

Por ejemplo, cuando uso típico de los pequeños láseres de diodo, incluso con la fábrica colimador puedo encontrar la viga tiende a ser alrededor de 1 mm a 2 mm de diámetro, y a menudo muy irregular o speckly. Me gustaría mucho tener una viga uniforme y más como 0,1 mm, pero no saben cómo lograrlo.

Obviamente es posible para bien de foco láser, porque los reproductores de DVD de hacer una pequeña mancha micrones en tamaño, pero esto supongo que es sólo en una determinada longitud focal, no a lo largo de la longitud de una viga. Para mi aplicación (mecanizado de metrología) necesito una viga que no debe estar enfocada, sin embargo, es tan estrecho como sea posible.

Tenga en cuenta que este tipo de aplicación funciona en una tabla de la parte superior de la escala, todas las zonas iluminadas será de entre 1 pulgada y 3 metros más o menos.

¿Cuáles son los mejores métodos prácticos de la conformación de un rayo láser de acuerdo a esta necesidad?

Answer 1

De alta calidad, monocromático de rayos láser que se rigen por la difracción en lugar de la óptica geométrica. Hablando de los rayos en realidad no cuentan la historia completa. El parámetro de un rayo láser, que expresa lo bien colimado es se llama la de Rayleigh gama, $z_R$. Las unidades de $z_R$ son unidades de distancia, y puedes pensar que es más o menos como 'el rayo no va a empezar a divergir significativamente dentro de $z_R$ de la menor mancha.' Curiosamente, resulta que este parámetro está directamente relacionado con el menor tamaño de punto del haz de láser, $\omega_0$. Este parámetro es conocido como el rayo de la cintura. La relación entre ellos es $$ z_r=\frac{\pi\omega_0^2}{\lambda}. $$ El punto es que el menor desea hacer la viga, al menos colimado será. Esto sólo se vuelve más cierto si la viga es de baja calidad. Sólo para poner algunos números, un puntero láser rojo enfocado a un tamaño de spot de $1\,\text{mm}$ es colimado en un rango de $5\,\text{m}$, pero si se enfoca a un tamaño de spot de $10\,\mu\text{m}$ sólo será colimado en un rango de $0.5\,\text{mm}$.

Answer 2

Para un haz de láser a ser estrecho y estancia estrecho, usted necesita rayos paralelos. El enfoque habitual es enfocar el haz de luz en un muy pequeño orificio (decir 10-20 µm o menos), a continuación, centrarse en una segunda lente del agujero de alfiler (expansor). El hecho de que todos los rayos tienen que pasar a través del punto muy pequeño significa que cualquier divergentes de los componentes de la viga será interceptada por el agujero de alfiler; la segunda lente amplía el haz en una serie de "casi en paralelo" de los rayos. La relación de las longitudes focales de la primaria y secundaria objetivo determina el grado de compresión a lo largo del diámetro de la viga que se puede lograr: pero en el más estricto de la viga, el más divergente será (debido a que el tamaño del agujero de alfiler será magnificado por una corta distancia focal de la lente).

Como de costumbre, no hay almuerzo gratis... un pequeño agujero de alfiler (de menor intensidad) permite una mejor colimación.

Esto se describe en este artículo (por desgracia sin buenas fotos) y de nuevo aquí con las mejores fotos

Imagen de la última se reproduce a continuación:

![ingrese la descripción de la imagen aquí][1]

Usted necesita una segunda lente en el lugar donde el "Perfil Gaussiano" se muestra en el fin de obtener un haz paralelo de nuevo. Para un 1 cm de la lente y un 10 µm agujerito de su viga tendrá una divergencia de 0.001 rad - a una distancia de 1 m se desviará por 1 mm.

Tenga en cuenta que la difracción puede jugar un papel aún más frustrar sus esfuerzos en la elaboración de un haz colimado. Como el orificio se hace más pequeño, el efecto de difracción se hace más significativa. Se suele tratar de equilibrar el geométricos y efectos de difracción para los más pequeños sobre todo por la divergencia - lo que significa que aproximadamente quieren hacer $\frac{\lambda}{d}=\frac{d}{f}$ donde $f$ es la longitud focal de la lente secundaria y $d$ es el tamaño del agujero de alfiler. No podría ser un factor de 1.22 en alguna parte...

Answer 3

Voy a dejar los aspectos prácticos a los otros dos grandes respuestas (Floris y boyfarrell es porque me quiero centrar en una de sus declaraciones:

"...el enfoque y la colimación ...que yo creo que son objetivos contradictorios, o son ellos?"

Por supuesto que no. En una extraña forma en que son la misma cosa: o tipo de doble conceptos. Son, si te gustan los dos extremos de la o "canónica" de las versiones de cero entropía de la luz y puede libremente y sin pérdida se transforma en uno con el otro. La propiedad clave es la baja de la aberración de frente de onda: un haz de luz puede ser enfocada fuertemente (sin aberración de compensación) si y sólo si puede ser bien colimado. De lo contrario, el enfoque será borrosa, o habrá una fuerte divergencia.

Es por esta razón, por ejemplo, que los láseres son todavía la única fuente práctica para el acoplamiento de la luz de forma eficiente en el modo de una sola fibra óptica. Sólo que la salida de grandes cantidades de luz con baja entropía (étendue - mira el artículo de la Wikipedia sobre esta palabra). Por supuesto, usted puede pasar una aberrated LED de alta potencia del haz a través de un subresolvable el agujero y el de salida de la aberración de la luz libre, pero la mayoría de la energía no la hace a través del agujero de alfiler

Estrictamente hablando, un haz colimado es siempre un foco! Solo con muy baja apertura numérica y divergencia del haz. Pero siempre habrá divergencia del haz, aunque muy pequeño.

Answer 4

1. Astigmatismo de corrección para mejorar la forma

Diodo vigas son generalmente rectangulares cuando colimado debido a la rápida y lenta del eje. Puede ampliar la lenta eje que la forma del haz es mucho más rectangular.

Una manera fácil de hacer esto es hacer un expansor de haz con un par de lente cilíndrica.

2. Un expansor de haz de aumentar el diámetro cuando colimado

Usar un par de lentes en para expandir un haz colimado a un mayor haz colimado.

3. Enfocando a un punto

Esto es fácil. Con un haz colimado simplemente el uso de un Plano-convexa de la lente: que se forma una mancha en la longitud focal.