通常情形,激光諧振腔發出的基模輻射場,其橫截麵的振幅分布遵守高斯函數,故稱高斯光束。推薦閱讀:激光諧振腔的作用
我們(men) 常常會(hui) 收到客戶關(guan) 於(yu) 光斑大小的查詢,其實問的就是光斑的束腰直徑或束腰半徑。束腰,是指高斯光絕對平行傳(chuan) 輸的地方。半徑,是指在高斯光的橫截麵考察,以最大振幅處為(wei) 原點,振幅下降到原點處的0.36788 倍,也就是1/e*e 倍的地方,由於(yu) 高斯光關(guan) 於(yu) 原點對稱,所以1/e*e 的地方形成一個(ge) 圓,該圓的半徑,就是光斑在此橫截麵的半徑;如果取束腰處的橫截麵來考察,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(ge) 雙曲麵,該雙曲麵有漸近線。高斯光束的傳(chuan) 輸特性,是在遠處沿傳(chuan) 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(yu) 波長成正比,與(yu) 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。光斑描述如下圖
我們(men) 用感光片可以看到,在近距離時,準直器發出的光在一定範圍內(nei) 近似成平行光,距離稍遠,光斑逐漸發散,亮點變弱變大;可是從(cong) 光纖出來的光,很快就發散;這是因為(wei) ,準直器的光斑直徑大約有400 微米,而光纖的光斑直徑不到10 微米。同時,對於(yu) 準直器最大工作距離的定義(yi) ,往往可理解為(wei) 該準直器輸出光斑的共焦參數,該參數與(yu) 光斑束腰半徑平方成正比,與(yu) 波長成反比,計算式是:3.1415926*束腰半徑*束腰半徑/波長。所以要做成長工作距離(意味著在更長的傳(chuan) 輸距離裏高斯光束仍近似成平行光)的準直器,必然要把光斑做大,透鏡相應要加長加粗。
我們(men) 對於(yu) 準直係統的計算,理論根據就是高斯光束的傳(chuan) 輸特性計算式。對於(yu) 線度遠大於(yu) 輸入光斑的透鏡來講,該輸入光可視為(wei) 點光源,其遠場發散角就是該點光源的“邊沿線”夾角;於(yu) 是我們(men) 可根據透鏡的具體(ti) 參數,簡單的用幾何光學的方法計算該準直係統的光斑大小和最大工作距離。
而從(cong) 高斯函數,我們(men) 可以計算當通光孔徑多大時,光能的損失是多少。並不是通光區直徑等於(yu) 或略大於(yu) 光斑直徑時,光能就可以完全通過,事實上,此時的損耗高達0.6dB。簡單的估計,是讓通光直徑是光斑的2 倍或以上。
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