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标题: 关于焦深，谁来教教我？ [打印本页]

作者: watermoon 时间: 2009-3-22 13:43
标题: 关于焦深，谁来教教我？
本帖最后由 watermoon 于 2009-3-22 14:01 编辑

我做激光的光纤耦合输出，然后用聚焦头按一定比例在某工作距离下成像聚焦，进行加工。
目前遇到的问题是：
由于光纤耦合会降低原本光束的光束质量，从而使得工作位置的成像聚焦焦深减小，工作平台的平整度达不到要求（即，运行平整度与焦深在同等数量级）。客户希望焦深再长一些，同时又希望焦点再小一些。

凭我的理论知识，光纤都是相同的数值孔径，为了减小光束质量的损耗，只能尽量采用芯径较小的光纤进行耦合，但同时会对耦合端的要求提高。比如数值孔径0.22的光纤，同样的光束质量的激光束，耦合进400um的光纤比耦合进200um的光纤更加容易（在保证数值孔径的前提下）。所以在无法提高激光光束质量的条件下，能耦合进光纤的光纤芯径是有下限的。正如单模光纤耦合不那么好弄一样。

但是客户不懂光学，还跑去问了什么Rofin，相干的技术人员，说是什么要加扩束，就能增加焦深，还说我们怎么就不知道想办法。我完全给雷到了，郁闷了。。。我还木有听说过光纤输出还有加扩束这种说法。。。

就我所知，扩束系统的目的是为了在达到同样焦点大小或者焦深的条件下，可以增加工作距离；或者说在同样的聚焦透镜焦距条件下，可以使得聚焦焦点更小，同时焦深肯定也就缩短了。并且，一般的光学系统（透镜系统），是不可能提高激光的光束质量的，从而也就不可能在减小焦点的情况下，还能增加焦深。

如果这里有Rofin或者相干的，懂点技术的，能否指点我一下啊，您有这样的东西，卖给我也行啊。谢谢了，请大家明白的也指点一下哦。

作者: shizh 时间: 2009-3-22 14:16
本帖最后由 shizh 于 2009-3-22 14:19 编辑

我也思考过这个问题，
（1) 按理说焦深就是两倍的锐利长度，因此同样的聚集光斑和M2下，焦深应该是不变的，把聚集光斑弄小的话，焦深肯定会随着缩短。
（2) 就是和大胡子一样的疑问，扩束的根本目的？按照理论的计算，聚集光斑的大小（假设激光的参数和聚集镜头焦距一定的情况）仅仅取决于焦平面的光斑尺寸（近似计算可认为是聚集镜头上），因此不加扩束和加扩束两种情况，如果这个入射光斑尺寸是一定的，那么聚集后的光斑尺寸和焦深就是一定的。扩束的目的是什么呢？为了减少光程吗？

作者: watermoon 时间: 2009-3-22 14:36

我也思考过这个问题，
（1) 按理说焦深就是两倍的锐利长度，因此同样的聚集光斑和M2下，焦深应该是不变的，把聚集光斑弄小的话，焦深肯定会随着缩短。
（2) 就是和大胡子一样的疑问，扩束的根本目的？按照理论的计 ...
shizh 发表于 2009-3-22 14:16

这个。。。
你这里有个认识有点问题。
扩束之后光斑尺寸是变大了的，也就是聚焦镜头的上光斑尺寸是变大了的。所以聚焦后的光束的数值孔径也就变大了，光束质量不变的话，聚焦光束的发散角增加了，所以聚焦的光斑的束腰就减小了，也就是焦斑变小了。
扩束的目的就是压缩光束的发散角，增加光束尺寸，也可以说是增加物方束腰距离，从而使得聚焦光斑变小。

作者: shizh 时间: 2009-3-22 14:44

这个。。。
你这里有个认识有点问题。
扩束之后光斑尺寸是变大了的，也就是聚焦镜头的上光斑尺寸是变大了的。所以聚焦后的光束的数值孔径也就变大了，光束质量不变的话，聚焦光束的发散角增加了，所以聚焦的光斑 ...
watermoon 发表于 2009-3-22 14:36

我的本意是：假设扩束后镜头上的光斑是５ｍｍ，我可以不扩束让激光自由传输足够的距离也达到５ｍｍ（当然是理论上的考虑，实际上由于光程太长没有意义），这样聚集后的光斑是一样的。
另外，仅从聚集尺寸来说，聚集光斑尺寸跟发散角是没有关系的。

作者: watermoon 时间: 2009-3-22 16:56

我的本意是：假设扩束后镜头上的光斑是５ｍｍ，我可以不扩束让激光自由传输足够的距离也达到５ｍｍ（当然是理论上的考虑，实际上由于光程太长没有意义），这样聚集后的光斑是一样的。
另外，仅从聚集尺寸来说， ...
shizh 发表于 2009-3-22 14:44

这个理解也不大对劲。。。。
聚焦光斑的尺寸跟发散角是有关系的。
请看下面，根据你的描述，假设了光束质量因子为1.2，聚焦透镜焦距为100mm，初始光束束腰半径0.27mm，一个是长距离传输后聚焦，一个是加4倍扩束后传输50mm聚焦，两种情况都保证在聚焦透镜（100mm）处的光斑尺寸基本相同。但是聚焦光斑尺寸是有差异的。

作者: badan 时间: 2009-3-22 18:16
可以用双焦距透镜来增加焦深。

作者: shizh 时间: 2009-3-22 18:57

这个理解也不大对劲。。。。
聚焦光斑的尺寸跟发散角是有关系的。
请看下面，根据你的描述，假设了光束质量因子为1.2，聚焦透镜焦距为100mm，初始光束束腰半径0.27mm，一个是长距离传输后聚焦，一个是加4倍扩束后 ...
watermoon 发表于 2009-3-22 16:56

你把条件改为　在聚集透镜前端面的位置处光斑尺寸相同（而不是镜头上），就会发现我说的是正确的。

作者: shizh 时间: 2009-3-22 20:21
我已经算过，我的判断是没错的。
如果假设聚集镜前前焦面光斑相同话，扩束只会影响聚集后焦点的位置，加扩束时聚集后的焦点更靠近透镜的几何焦点。（聚集后焦点尺寸一样，焦深也一样。）

作者: 肥罗 时间: 2009-3-22 20:54
我也很混乱啊，什么时候可以用高斯变换，什么时候可以用几何变换？
一到细节就范晕啊。。。。

作者: dabaorabbit 时间: 2009-3-24 08:39
恩，这个帖子的技术含量很高，哈哈，大胡子的matlab模拟的不错，看论坛的高手和潜水员能否解答你们的问题，同时学习学习，不错啊，这个帖子如果真有人能答出来，还真能学到很多啊，恩，我顶你个肺啊~~~

作者: dabaorabbit 时间: 2009-3-24 17:04
继续顶你个肺啊~~~~~~

作者: kaka 时间: 2009-3-24 17:53
都是光学大师啊,学习ing

作者: syanzi 时间: 2009-3-25 14:31
我曾经做过一个试验,不知对你是否有帮助,用的是300W固体激光器,加扩束和不加扩束,加扩束后光斑会变小,不加扩束后光斑会大一点.还有个问题,你的扩束加在什么位置?是加在耦合前面吗?

作者: dabaorabbit 时间: 2009-3-25 16:50
楼上的300W的固体激光器在哪里搞的啊？？？眼馋啊，嘿嘿............

作者: Femtosecond 时间: 2009-3-26 08:44
1# watermoon

胡子，你没戏啦，哈哈哈
成本增加<￥1000的解决办法我只替你想到了一个：那就是我给你设计个非球面镜，你自己动手磨吧

球面：

椭球a：

椭球b：

作者: dabaorabbit 时间: 2009-3-26 09:08
本帖最后由 dabaorabbit 于 2009-3-26 09:32 编辑

哈哈哈哈哈，楼上的太搞笑啦，在公司里面就得看成本说话啦，不过，对胡子的激光器和光纤耦合很感兴趣，亮一下你的参数呗，用来干什么用啊？切割还是焊接？

作者: 色猫 时间: 2009-3-26 18:49
！！！！！！！！！！！！~~~~~~~~~~~~~
大胡子伯伯~~~~这都是你自找滴哦

作者: 再也不能这样 时间: 2009-3-26 21:56
本帖最后由再也不能这样于 2009-3-26 22:08 编辑

1# watermoon

胡子，你没戏啦，哈哈哈
成本增加
Femtosecond 发表于 2009-3-26 08:44

Femtosecond兄真是不错。有没有更详细的数据证实聚焦光斑尺寸和焦深同时得到改善？这玩艺儿有得卖吗？

作者: rose2004 时间: 2009-3-26 22:00
哈哈，好玩，居然有人叫大胡子：伯伯

作者: seayu 时间: 2009-3-26 22:48
我也遇到了这样的问题
我是用光纤耦合输出，用于切割，目前光纤耦合较好，但是切割质量较差（切缝宽、锥度大）。光纤输出后准直、聚焦，我是通过几何光学成像来计算焦斑大小的。这样，我觉得在聚焦透镜焦距一定的前提下，只要使聚焦镜片上的光斑尺寸减小就能使焦深增加；但是，要获得小焦斑，在聚焦透镜焦距相同时，准直镜头的焦距就要增加，这样就增加了聚焦镜片上的光斑尺寸……唉，焦斑和焦深就是一对矛盾啊。我现在想通过成像在非焦平面的方法来获得一个折中的参数，还没有出结果呢。请大家指正！

作者: wangyuyuan1027 时间: 2011-5-15 01:43
唉我们都很纠结。。。

作者: optro 时间: 2011-5-15 06:55
哈哈，
有趣有趣。

作者: rubberai 时间: 2011-5-27 17:53
都是大師級的論點!!

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