光束尺寸与透明光圈有什么不同?

来源:激光制造商情    关键词:光束, 透明光圈, 激光,    发布时间:2019-08-21

设置字体:



了解利用光束控制技术的激光束系统的设计,更具体地说,将光束转向装置与激光器配对对于系统设置非常重要。设置过程中最关键的一个方面是将光束转向装置的通光孔径与激光束尺寸对齐。这通常会引发光束尺寸和光圈之间的问题,我将在本文中进行剖析,并帮助您进行正确的计算。

设置激光和光束转向系统最常见的误解之一是透明光圈值应等于最大允许激光束尺寸。重要的是要注意,通光孔径是光学元件的参数,其中光学性能严格限定在该孔径内。清晰光圈之外的光学性能未指定,超出此边界的显著照明不仅会导致功率损耗,还会导致光学器件执行以下操作:

1.由于过热而导致的光学元件变形

2.折射率随温度的变化(仅透射光学)

3.涂层和基材之间的分层

4.Stray灯可能会损坏系统的其他组件


通常,激光器发射具有高斯分布的圆形光束。通过应用光束整形技术,高斯分布可以转换为均匀分布(Top Hat),输出光束形状为正方形,矩形等。统一参数的光束大小很简单(见下图)。同时测量高斯分布的光束直径更主观,并且严重依赖于所遵循的方法。用于报告高斯光束尺寸的一些不同标准包括:D4σ、10/90或20/80刀口,1 / e2,FWHM和D86。其中1 / e2和FWHM(半高全宽)最常用。理解激光束轮廓和光束尺寸是重要的,因为相同的激光束将根据其定义具有不同的光束尺寸。

那么,当不同的光束尺寸应用于相同的光圈时会发生什么?非常简单,如下图所示—当激光束溢出透明孔径时,激光束的外环部分将被夹住。这将我们带到下一个问题,适用于某个通光孔径的光束直径是多少?

通过深入研究数学方程并使用由1 / e2定义的光束尺寸的典型高斯光束作为示例,我们可以确保由于光束削波导致的功率损耗<1%。见下面的公式:

因此,孔径上的入射光束直径应为:


使用高斯光束作为示例,但在这种情况下,光束尺寸在FWHM下定义。为确保光束削波造成的功率损耗<1%,通光孔应至少比1 / e2光束尺寸大1.07倍; 当功耗损失<5%,通光孔应为1.22; 当功率损耗<0.1%,通光孔应为1.86。

值得注意的是,由于由1 / e2定义的激光束尺寸值大约是FWHM定义的直径的1.7倍,因此可以从上述示例中计算出适当的光束尺寸和透明孔径比。

例如,孔径上的入射FWHM光束直径应为:


要清楚的另一点是输入激光束尺寸与通光孔径完全相同的典型误解。应用相同的公式,并假设光束大小由1 / e2定义,您有可能削减13.5%的功率。值得注意的是,从镜子上掉落的电量不仅会导致加热、分层、燃烧涂层和散射光,正如前所述那样,而且还会沉积在扫描头外壳内的内部部件上或被DFM镜头固定环(带胶)和DFM镜头固定器吸收。在任何一种情况下,这将在集成期间对当前系统造成重大损害,并且在使用高功率激光器时尤其重要。

最后但并非最不重要的是,上述计算假设完美对齐。如果出现实际对齐错误,应考虑保留一些边距。

总之,始终记住输入光束尺寸和通光孔径尺寸的定义是不一样的。如果这是错误的,它可能会导致意外的电源削波,这会在集成过程中对系统产生负面影响,如故障甚至系统爆炸。当用户从我们这里购买激光束转向解决方案时,我们提供清晰的光圈信息,而激光束尺寸的定义应该附带激光的规格表。此外,激光规格表还可能提供激光对准规格,例如激光输出位置和指向误差。如果未提供,请务必与激光制造商联系以确认这些参数以获得最佳性能。在多个应用程序中测试并成功集成了不同的系统后,我们可以保证这些建议有助于消除混淆并防止未来的损害。



1.一些激光器可能具有与高斯分布紧密匹配的中心辐照度分布,但在机翼中还包含额外的辐照度波瓣。在高功率下,这些波瓣可能很重要,必须加以考虑。