关于焦深，谁来教教我？

watermoon

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。

shizh

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？

watermoon

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。

shizh

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。

watermoon

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。

badan

可以用双焦距透镜来增加焦深。

shizh

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。

shizh

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。）

肥罗

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。。。。

dabaorabbit

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~~~

dabaorabbit

继续顶你个肺啊~~~~~~

kaka

都是光学大师啊,学习ing