资讯详情
激光过聚焦镜后光斑大小计算
过聚焦透镜是一种能够将激光束聚焦到衍射极限以下的特殊光学元件。它通过在激光束的波前中引入球面相位畸变来实现这一点，从而导致光斑直径减小。
过聚焦透镜后光斑大小的计算涉及多个因素，包括:
入射激光束波长（λ）
透镜焦距（f）
透镜数值孔径（NA）
过聚焦参数（α）
过聚焦参数α定义为:
α = πλf2/（λNA2)
光斑半径（ω）可以根据以下公式计算:
ω = λ / [2πNA(1 + (1 + α2/4NA2)^0.5)]
NA的值范围为0到1，其中0表示准直光束，1表示全内反射。
过聚焦透镜通常用于超分辨率显微术和光存储等应用中，能够显着提高空间分辨率和信噪比。
示例计算:
假设λ = 633 nm，f = 1 mm，NA = 0.7，α = 1。
代入公式可得:
ω ≈ 120 nm
因此，过聚焦透镜后光斑大小约为120 nm。
激光加工技术中，通过聚焦将激光束汇聚到微小区域，形成光斑。聚焦后的光斑直径是影响加工精度的关键因素。目前，最先进的激光加工技术可以实现聚焦后的光斑直径最小可达亚微米量级。
激光加工中，聚焦后的光斑直径的极限大小主要取决于激光器的衍射极限。根据衍射理论，当激光通过透镜等光学元件时，会发生衍射，导致光斑边缘发散。这种衍射限制了光斑直径的最小值。
为了克服衍射极限，研究人员开发了多种先进的光斑整形技术。例如，非衍射衍射体（DOE）和光束整形透镜（BSL）可以改变激光的波前，从而减小光斑直径。通过控制激光器的波长和偏振，也能在一定程度上减小光斑尺寸。
近年来，随着这些光斑整形技术的不断发展，聚焦后的光斑直径不断突破极限。目前，通过使用超短脉冲激光和先进的光斑整形技术，已经实现了聚焦后的光斑直径最小可达数百纳米甚至数十纳米量级。
小光斑直径的激光加工技术具有更高的加工精度和更小的热影响区，这使得其在微电子、光电子、精密加工等领域具有广阔的应用前景。随着技术的不断进步，未来激光加工聚焦后的光斑直径还将进一步缩小，为高精度加工提供更强大的工具。
激光聚焦光斑大小的计算公式如下：
高斯光束：
ω? = λ / (2πNA)
其中：
ω? 是光斑半径（1/e2 强度半径）
λ 是激光波长
NA 是物镜数值孔径
非衍射极限光束：
对于低于衍射极限的光束，光斑大小可以通过以下公式计算：
```
ω? = 0.51λ / NA
```
斯特雷尔比
）.jpg)
斯特雷尔比（S）衡量聚焦光斑质量，范围从 0 到 1。完美的聚焦光斑具有 S = 1。S 可以通过以下公式计算：
```
S = e^(-πσ2/λ2)
```
其中：
σ 是高斯光束的RMS 波前畸变
需要注意的是，这些公式仅适用于理想的透镜系统。实际系统中的像差和照明条件可能会影响光斑大小和质量。
激光聚焦镜焦距长短的区别
激光聚焦镜的焦距长短是影响激光束聚焦的重要因素，不同的焦距长度具有不同的特性。
长焦距镜（焦距大于100mm）：
优点：
聚焦光斑尺寸小，能量密度高。
适用于需要高分辨率和小光斑尺寸的应用。
景深长，对光束平行的要求较低。
缺点：
容易受衍射影响，聚焦光斑边缘模糊。
聚焦距离较长，需要较长的工作距离。
价格较贵。
短焦距镜（焦距小于100mm）：
优点：
聚焦光斑尺寸大，能量密度较低。
适用于需要大光斑尺寸的应用，例如激光切割。
聚焦距离短，工作距离近。
价格相对便宜。
缺点：
聚焦光斑边缘质量差，衍射影响明显。
景深较短，对光束平行的要求较高。
选择准则：
选择激光聚焦镜的焦距长度需要考虑以下因素：
所需的光斑尺寸：对于高分辨率应用需要短焦距镜，而大光斑尺寸应用则需要长焦距镜。
工作距离：根据应用要求选择合适的工作距离，长焦距镜提供更长的工作距离。
光束质量：高功率激光器需要使用长焦距镜以减轻衍射影响。
价格和可用性：短焦距镜通常比长焦距镜更便宜且更容易获得。
激光聚焦镜焦距长短的选择至关重要，它影响着光斑尺寸、能量密度、工作距离和光束质量。根据应用要求谨慎选择焦距长度可以优化激光束的聚焦效果。