準直光(guang)束是指具有(you)很小光(guang)束發(fa)散(san)角,因此光(guang)束半徑在(zai)一定傳(chuan)播距(ju)離后不會發(fa)生顯(xian)著變(bian)化的光(guang)束(通常為激(ji)光(guang)光(guang)束)。
簡單也常見(jian)的(de)情形(xing)是高(gao)斯光(guang)束(shu)(shu),這表示瑞利長(chang)度比設想的(de)傳播(bo)距(ju)離長(chang)。例如,一(yi)束(shu)(shu)1064 nm的(de)光(guang)束(shu)(shu),束(shu)(shu)腰處(chu)的(de)光(guang)束(shu)(shu)半徑為(wei)1 mm,其瑞利長(chang)度在空氣中(zhong)約為(wei)3 m,因此在普通實(shi)驗室(shi)的(de)裝置中(zhong)都(dou)可以實(shi)現準(zhun)直。
由于瑞利(li)(li)長度與束(shu)腰半徑的(de)平方成正(zheng)比,因此大的(de)束(shu)腰半徑更利(li)(li)于光束(shu)長距(ju)離的(de)傳(chuan)播。
對于光束質量非(fei)理(li)想化(hua)的光束,瑞利長度(du)(du)會(hui)減小,其減小的程度(du)(du)由M2因子決定(ding)。因此相對于理(li)想情況,若要實現光束的準直,束腰半徑需要更(geng)大。
通(tong)過透鏡(jing)(jing)或(huo)者(zhe)曲面鏡(jing)(jing)可以(yi)很方(fang)便的(de)將發散(san)光(guang)束(shu)(shu)變成準直(zhi)光(guang)束(shu)(shu),只需選擇(ze)合適的(de)焦(jiao)距或(huo)者(zhe)曲率半(ban)(ban)(ban)徑(jing)使得(de)(de)原(yuan)先(xian)彎曲的(de)波前變平(ping)即可。(透鏡(jing)(jing)處(chu)或(huo)者(zhe)曲面鏡(jing)(jing)處(chu)的(de)光(guang)束(shu)(shu)半(ban)(ban)(ban)徑(jing)應該足夠大(da)來得(de)(de)到比較小的(de)發散(san)角。)通(tong)過調整透鏡(jing)(jing)或(huo)者(zhe)曲面鏡(jing)(jing)在光(guang)束(shu)(shu)方(fang)向上(shang)的(de)位置可以(yi)消除殘(can)余的(de)發散(san)。采用Shack-Hartmann傳感器或(huo)者(zhe)特定的(de)干涉儀(yi)可以(yi)測量(liang)光(guang)束(shu)(shu)自(zi)由空間中(zhong)傳播一段距離內的(de)光(guang)束(shu)(shu)半(ban)(ban)(ban)徑(jing)變化(hua),從而可以(yi)檢驗光(guang)束(shu)(shu)是否(fou)準直(zhi)。
光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)光(guang)(guang)學中,通(tong)常會采用光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)準直器(qi)。適用于裸(luo)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)和(he)需(xu)要連接(jie)起來(lai)(lai)的光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian),也就(jiu)是需(xu)要與光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)連接(jie)器(qi)連接(jie)起來(lai)(lai)的光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)。
圖(tu)1:透鏡可以使光(guang)(guang)纖中出射的(de)光(guang)(guang)準(zhun)直,或者(zhe)將準(zhun)直的(de)光(guang)(guang)束射入光(guang)(guang)纖中。
準直光(guang)束(shu)(shu)在(zai)通常實(shi)驗中是(shi)非常有用、,因為其光(guang)束(shu)(shu)半(ban)徑在(zai)傳播過程基本保持不(bu)變,因此不(bu)需(xu)要任(ren)何額(e)外(wai)的(de)光(guang)學器件(jian)就可以在(zai)實(shi)驗中很(hen)方便的(de)變化(hua)各個光(guang)學器件(jian)之間的(de)距離,并且也不(bu)會使光(guang)束(shu)(shu)半(ban)徑變大(da)。
大多數固體激光器(qi)的(de)輸(shu)出光束本身就是準直的(de),一個平面的(de)輸(shu)出耦(ou)合(he)器(qi)可以得到(dao)波前為平面的(de)輸(shu)出,而(er)且束腰半徑也會足夠大從而(er)避免過大的(de)發散角。
然而對于激光二極管,其輸出光束的發散程度很大,因此通常都需要采用準直器件(至少是一個快軸準直器,可以大幅的減少快軸方向的發散度)。
而(er)對與光(guang)纖輸出(chu)的光(guang),采用一個簡(jian)單(dan)的光(guang)學透鏡就(jiu)可以得到準直光(guang)束,當然如果利用非(fei)球(qiu)面透鏡還可以提高光(guang)束質量,特(te)別是(shi)對于大數值孔(kong)徑的單(dan)模光(guang)纖情況。
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