案例 1:
在透鏡焦距已經(jīng)固定的情況下,確定最佳輸入光束直徑
出于系統(tǒng)機械設(shè)計的考慮因素,往往會對透鏡的焦距造成限制。例如,根據(jù)限制,聚焦透鏡與工件之間的距離會有一個最小限度。在這種情況下,最實際的做法是,選擇焦距符合系統(tǒng)機械部分限制條件的透鏡,然后根據(jù)該透鏡改變輸入光束的直徑,以盡可能地減小焦點尺寸。
為了確定采用多大的輸入光束直徑才能將光斑尺寸減到最小,我們根據(jù)計算光斑大小的方程式,先對光束直徑求導(dǎo)數(shù),然后將導(dǎo)數(shù)設(shè)為 0,求出光斑的最小值。這將得到下列方程:
回到我們的上一個例子,如果使用硒化鋅制作凹凸透鏡,則其焦距限值為 5.00”,即 127 mm,我們可以計算出,最佳輸入光束直徑為 26 mm。將這個值代入計算光斑大小的方程式,得出光斑大小為 86µm,這和我們在“確定光斑大小”部分中看到的數(shù)字相同。如果我們對焦距為 5.00” 的硒化硫平凸透鏡進行計算,可以得出最佳輸入光束直徑為 24 mm,它提供的焦點直徑為96µm。
如果系統(tǒng)中現(xiàn)有的激光光束直徑與計算出的輸入光束直徑相去甚遠,請擴大或縮小激光光束直徑,使它等于這一尺寸。要擴大或縮小光束的直徑,您可以使用擴束鏡或聚光器,也可以用多個透鏡自制擴束鏡或聚光鏡。
案例 2:
在輸入光束直徑已經(jīng)固定的情況下,確定最佳透鏡焦距
如果不可能或不愿改變系統(tǒng)的光束直徑大小,您最好知道使用何種焦距才能使光斑尺寸減到最小。
為了確定采用多大的焦距才能將光斑尺寸減到最小,我們根據(jù)計算光斑大小的方程式,求出關(guān)于焦距的導(dǎo)數(shù),然后將導(dǎo)數(shù)設(shè)為 0,求出光斑的最小值。這將得到下列方程:
在求出最佳焦距后,您可以在我們產(chǎn)品目錄中找出焦距與最佳值最相近的透鏡,此外,在某些重要的應(yīng)用,貳陸公司還可以為您精確地制作具有所需的焦距和公差的光學元件。
正如在先前的討論中看到的那樣,當焦距或輸入光束直徑存在限制情況下,能夠得到的焦點大小有一個限值。如果計算出的最小光斑大于當前應(yīng)用中所需的尺寸,那么您別無選擇,只能寄希望于改變某些光學系統(tǒng)參數(shù)了。
注意
對于大功率 CO2 激光器,一般不建議使用的透鏡的直徑大于光束直徑 (1/e2) 的 1.5倍以上。如果大于此倍數(shù),發(fā)生熱形變的可能性會相應(yīng)增加。之所以會如此,是因為透鏡中央被光束照射而受熱的區(qū)域與邊緣較冷的區(qū)域的距離增大,導(dǎo)致整個光學元件的熱梯度過大。
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