[求助]求教激光光束会聚难题

Justing

平凸透镜参数:

材料: 纯YAG（无掺杂）

直径: 15mm

焦距：20mm @1064nm

光束参数：1064nm和532nm混和输出的高能激光光束，发散角9mrad，束腰Æ4.6mm，透镜前入射光斑Æ7mm。激光能量200mJ。

透镜距离入射光束束腰200mm，会聚后光束束腰500μm。

我要求会聚后光束束腰≤150μm。

可是怎么调试也只能得到最小500μm左右的束腰。

之后，我使用开普勒望远镜系统放置于透镜与光束中间，压缩光束发散角为2 mrad左右，其余条件不变，可是得到的会聚后束腰仍然差别不大，450μm。

百思不得其解，请教各位解惑。

是透镜球差呢？还是其他原因，可是听说别人使用单平凸透镜可以得到100μm以下的束腰。同样的1064，为什么我始终得不到很小的束腰呢？

还是说需要别的解决方法，比如透镜组，那透镜组又是何种结构才可以得到小的束腰？

或是非球面透镜呢？

或者那位师兄有没有相关的资料可否发给我参考一下。

Mail:justing1982@sina.com



万分感谢！

shizh

我觉得：
（1）目前你的束腰到透镜距离是200mm，你可以增加这个距离，让透镜上的光斑在15mm左右，聚集效果会好一些；
（2）目前的光束质量比较差：4.6mmx9mrad@1064nm->M2=30.6, 这会给你你的聚集光斑带来很大的瓶颈；
（3）20mm的透镜? 焦距如此之短，球差等像差肯定非常大了，建议查一下专门给加工上用的消球差的透镜组。

yzq860128

这个回答好专业啊，学习！！

k10091

请教楼主两个问题：
1.  平凸透镜的材料为何要使用不掺杂的YAG？而不是用石英？
2.  楼主如何可以知道每次聚焦后的光斑尺寸？500um，光束质量诊断仪？

k10091

请教shizh 的问题，一般情况下多大的平凸透镜产生的球差会比较厉害？100mm的石英材质的会吗？

Justing

感谢shizh。

关于1，我们的激光器是目前可以容纳的输出镜到会聚透镜之间的最大距离只有200mm左右，涉及到产品的最后成行，这个距离不可能很大。并且直径15mm的透镜，去掉安装边，通光口径最有13mm多一点，而起此会聚之后的光束是要进入数值孔径0.22的光纤的，由于会聚角的原因，透镜前的光斑不可能很大，要小于9mm。

关于2，这个激光器结构比较复杂，腔内有好几组光学元件，要实现的输出目的最重要的是能量，所以一些提高光束质量的方法增加的损耗是要尽力想避免的，这个问题比较难于解决。

关于3，20mm的透镜，焦距确实有点短，我们也考虑改变我们的结构，采用焦距长一点的透镜，但是还不知道采用到底多长的透镜比较合适，能否请教shizh指点一下。另外，关于激光加工，我听说他们好像用的就是一个单透镜，平凸透镜，会聚后光斑可以到100微米以下，至于透镜组的使用，就不太清楚了。由于没有研究个激光加工机器，所以这个问题还是有点迷惑。

另外，回复k10091 的问题。

使用不掺杂的YAG是因为他的高折射率，宽光谱透过，以及高的损伤阈值。由于透镜直径15mm，20mm的石英平凸透镜是不好加工的，并且石英或是K9，对于我们这个系统的另一个波长，2100nm激光有吸收，是不能用的。

会聚后光斑大小的观察，我们设计了一套系统，简单来说，就是一套可以相对透镜光轴做前后步进位移的装置，有一个接受屏，可接受在不同位置的透镜会聚光斑，然后在读数显微镜下观察并测量大小。

至于光束质量分析仪，那个对于会聚之后如此高的能量密度，还是无能为力的，会打坏接受屏的。

gxiaolaser

建议扩束系统可调，寻找合适的扩束倍数，聚焦时，激光从透镜的凸面入射从平面出。

dabaorabbit

楼主是要做200微米的光纤耦合输出么？医疗设备？...嗨嗨...本人喜欢打听这些。
你可以用两片单透镜（焦距分别为50mm，80mm）做一个扩束系统，间距128.5mm左右，扩束后再经过你的20mm的聚焦镜聚焦，理论上能聚焦到100微米左右，试试看吧，如果还是差很多，那只能说明20mm聚焦镜引入的球差太大了，这样短的焦距的透镜最好专门设计一下消球差。

myxinjie

200毫米的透镜聚焦很容易能到100um左右啊，300毫米的也超不过0.3mm的，不知道你的光束尺寸
指的是半高全宽还是90%knife。

calvino

即使透镜消球差 激光本身的波前畸变也会使其难以获得小的焦点。
另，你激光器本身的发散角也太大了 9m 想办法从腔型上压一压吧。