Тема: фокусировка

[casus]

скорее всего так и есть. родная линза коллиматора имеет очень большое фокусное расстояние, где-то 60мм. при таком расхождении половина мощности рассеивается. и то при 10% мощности жжет всё на чем фокусируется.

не могу никак догнать. http://www.axcelphotonics.com/images_clients/pdf/808nm_Multi_Mode_Specs_400um_8-15W_.pdf
32-38 градусов это расхождение пучка 400микрон или пучка в 1 микрон?

[Gall]

Это просто расхождение пучка. В виде конуса с вершиной в кристалле лазера и с углом около 60-80 градусов при вершине (в документации половина этого угла, см. последний график).

[casus]

Я в тупике. Теперь я даже примерно не знаю какую линзу заказывать.
http://standa.vicon-se.ru/katalog/vse_oborudovanie/optika/linzy/otricatel_naya_plosko-cilindricheskaya_linza/

Например фокусное растояние 10мм. расхождение 70градусов, Тогда диаметр луча на расстоянии 10мм будет 10 x tg35 x 2= 10 x 0.7 x 2 = 14мм
а линзы мне предлагали F=10mm (LxH=12x10mm). Тоесть нереально зафокусить?

[Gall]

Одной линзой нереально, это с самого начала ясно было. А вот несколькими - можно. Да, все совершенно правильно - именно такой толщины луч будет после первой линзы. Но мы поступим хитро: поставим лазер не в фокусе, а чуть подальше, и тогда вместо параллельного пучка получится сходящийся. Когда он сойдется до нужного нам диаметра, мы второй линзой (рассеивающей) превратим его в параллельный. Схема телескопа Галилея. Или даже позволим сойтись в точку и начать расходиться снова, а потом второй линзой соберем. Это схема телескопа Кеплера. Итого в системе будет три линзы. Третья - цилиндрическая, против астигматизма.

[casus]

Еще раз глянул спек. Еще раз пересчитал.
На последнем графике продольное и вертикальное расхождение. 9.5 и 32.0 градусов.
Получается для расстояния от излучающей поверхности 10мм, размеры луча в сечении:

400μm - 3.8мм
1μm - 12.5мм
   или так?
400μm - 14мм
1μm - 3.35мм

в зависимости в какую сторону эллипс. из спеков непонятно.

считал так:

ctg 9.5 * 400μm / 2 = 1.2мм
ctg 9.5 = 6.0
ctg 32 = 1.6
((10 + 1.2) / ctg 9.5) x 2  = (11.2 / 6) x 2 =3.8мм
(10 / ctg 32) x 2 = (10 / 1.6) x 2 = 12.5мм


линза F=10mm (LxH=12x10mm), есть еще F=3.9,  5.8,mm(LxH=8x4mm), F=6.4mm (LxH=12x6mm)

даже если взять линзу F=3.9
То при расхождении 32 градуса луч с 1мкм превратится в 4.9мм. Линза размером (LxH=8x4mm). В итоге H линзы меньше на 0.9мм. А это большая потеря.

[Gall]

Примерно так, да. На самом деле будет хуже, потому что волновые эффекты не учтены, а они работают как раз против фокусировки.

[casus]

"Для этого диода получить на всем расстоянии 0,1-5 м пучок диаметром менее 1 мм невозможно. Если сформулируете задачу (более близкую к действительности), то я могу помочь в проектировании оптической системы.  Такое пятно можно получить только в перетяжке на ограниченном расстоянии, с каустикой, определяемой пространственными характеристиками излучения диода"

В какую сторону подвинуться? возможно только увеличить диаметр луча в сечении, и увеличить расстояние 0,5-5м

вот что пишут с axcelphotonix

We cannot suggest a microlens or collimater as that is not part of our business.  We do offer this laser with a microlens attached, either 8 x 8 square beam or <2° but you would still need some type of optics to get it to a point.  You should probably speak to an optical company.

не понял что они мне написали, но нашел поправки на диод с микролинзой:
Расходимость параллельно p-n переходу, Град.   2.0-2.4
Расходимость перпендикулярно p-n переходу, Град.   10-14
микролинзу проверил - на месте. стеклянная трубка, толщиной в пару микрон и шириной 5мм.

на фото видно приклеенную трубку над эмитером диода.


наличие микролинзы в корне меняет дело.
планирую поставить F=10mm (LxH=12x10mm)
вопрос к знающим, правильно ли я рассуждаю:
цилиндрической линзой я увеличиваю расхождение с 2.0-2.4 до 10-14, изменяя фокус и добиваясь окружности.
затем собирающей линзой фокусирую.
в фокусе собирающей линзы ставлю рассеивающую и выпрямляю луч.

или так
цилиндрической линзой F=3.9 уменьшаю расхождение 10-14 до 2.0-2.4, изменяя фокус
сразу за ней ставлю рассеивающую линзу и фокусирую луч метров на 5. в итоге имею 0-10 метров тоненький луч.

[Gall]

Два градуса против 10 градусов, ясно. Все равно в 5 раз.

Делается так. Надо сделать два расчета системы из двух линз - для обеих расходимостей.

Упрощенный расчет (без учета волновых явлений) делается так. Формула тонкой линзы:
1/d₁ + 1/d₂ = 1/F
где F - фокусное расстояние линзы. Лучи, исходящие из точки на расстоянии d₁ от линзы, сойдутся в точке d₂. Рассеивающая (вогнутая) линза считается так же, но F берется отрицательным. Под отрицательными значениями d в этом случае следует понимать "по другую сторону от линзы".

Удобный частный случай: d₁ = d₂ = 2F. Но так симметрично делать вовсе необязательно.

Располагаем линзу на d₁ от лазера и выбираем F так, чтобы лучи сошлись на желаемом d₂. (В реальности - подстраиваем, двигая линзу и меняя d₁). Из треугольников выбираем диаметр линзы, при котором это возможно. В получившийся сходящийся пучок ставим (по схеме Галилея или Кеплера) вторую линзу в то место, где пучок приобретает желаемый диаметр, и второй линзой превращаем пучок в параллельный. (Для второй линзы все просто: лучи должны сходиться в точку в ее фокусе).

Во втором случае, где расхождение больше, вместо первой линзы ставим две линзы подряд. Формула та же, но применяется дважды, причем вторая линза ставится точно так же, как в первой схеме. А первая будет цилиндрической.

Что тут не учтено. Во-первых, сама формула не совсем верна. Она начинает ошибаться, когда луч становится очень тонким, и реальные расстояния могут где-то на миллиметр отличаться от вычисленных. Во-вторых, в первом случае перед линзами будет цилиндрическая линза, которая сработает под таким углом как плоская пластинка - даст маленькое преломление. Она еще чуть-чуть исказит картину. И еще надо толщину самих линз учесть. Это все на расчет повлияет несильно, просто надо оставить запас на регулировку. Или, конечно, можно воспользоваться формулами ABCD (матричным представлением оптики). Если умеете перемножать матрицы, я расскажу, как это делается.