Тема: Вопрос про фокусировку зеленого китайского модуля с удвоением частоты.

[ngl]

Здравствуйте!

Прочитав много всякого интересного на вашем форуме, я, возможно ошибочно, решил, что зеленые лазерные модули с удвоением частоты обладают лучшим, по сравнению с чисто диодными, качеством луча и, как следствие,  его можно сфокусировать в пятно очень маленького диаметра.
   
Для проверки этого предположения я купил зеленый модуль на 200 китайских милливатт (дальнейшие измерения показали, что реальная излучаемая мощность лазера находится в диапазоне 125-150мВт).
При помощи встроенной в модуль линзы, луч удается сфокусировать до довольно малого диаметра 0.5-0.7мм, но дальше дело не идет. Я подумал, что это связано с невысоким качеством линзы.

Для второго эксперимента я выкрутил встроенную в модуль линзу и стал фокусировать луч объективом от фотоаппарата. Его я разместил на таком расстоянии от лазера, чтобы диаметр входящего луча был немного меньше входной линзы объектива (около 20мм). Таким образом удалось добиться лучшей фокусировки, получился диаметр не больше 0.5мм, но, судя по скорости прожигания бумаги, и не намного меньший.
Однако, из формулы для гауссовых пучков, вроде бы следует, что диаметр перетяжки должен быть во много раз меньше, чем получившийся.

Поэтому у меня возник вопрос: я что-то неправильно делаю или это уже сказывается качество лазерного луча?
Еще мне интересно как можно подручными средствами измерить диаметр луча?   

Что уважаемые лазеростроители думают по этому поводу?

[Gall]

Во-первых, это аберрации самого объектива и центровка. На таких маленьких диаметрах схема КРАЙНЕ чувствительна к расположению деталей, и малейшее нарушение центровки, перекос, что угодно - сразу сводит все усилия на нет. Просто тщательная юстировка той же оптики без замены самой оптики творит чудеса.

Модовый состав лазера тоже может играть роль, но тут он второстепенен. Скорее дело вот в чем: начиная с какого-то диаметра луча скорость прожигания просто не растет дальше. Хотя плотность энергии вроде как выше, но возрастают и потери на дыме, а с температурой быстро растут потери на излучение, поэтому скорость прожигания растет медленнее, чем казалось бы должна. И еще: в случае с китайским модулем жечь может в основном не зеленый, а ИК, 808 нм, и тогда он просто не сфокусирован (у него фокус в другом месте).

У луча четкой границы нет, но можно измерить диаметр пятна, оставляемого лазером при прожигании. Он несильно отличается от размера гауссовой перетяжки, если жечь недолго. Если долго, начинается подгорание по краям, могущее привести к неверным выводам.

Модуль с удвоением частоты действительно имеет обычно! луч лучше, чем просто диод на ту же мощность. Но это в основном потому, что у мощных диодов луч уж очень паршивый.

[ngl]

Gall, спасибо за очень понятный и полезный ответ!

Мне не очень важна прожигательная способность этого лазера, поскольку я не собираюсь его использовать для дела, это все для опытов.
Но я обязательно попробую повторить эксперимент жестко закрепив объектив по отношению к лазеру.
Наверное также стоит поставить вентилятор, чтобы сдувать дым.

Как вы думаете, если генерировать длинные одиночные импульсы (0.1-1 секунды), это поможет оценить размер подгорелого пятна?

[Gall]

Поможет. Еще поможет - ослабить луч до такой степени, чтобы пятно можно было разглядывать в микроскоп. Очень точный способ - это светить на фотобумагу (коротким/ослабленным лучом, чтобы не прожечь и не вызвать соляризацию), потом проявить. Пятно тогда можно будет не только разглядывать, но и фотометрировать. Особенно если взять не фотобумагу, а стеклянную фотопластинку (их до сих пор выпускают, но дорого).

И еще. Если для эксперимента требуется высококачественный луч, используйте пространственный фильтр. Объективом от микроскопа луч фокусируют в наименьшую точку, в какую возможно, и в центре ставят диафрагму. Примерные цифры: объектив 20x, дырка 20 мкм. Не прошедшее через дырку просто отбрасывают. После дырки желательно иметь как можно меньше оптики (если нужен расходящийся луч, то его прямо от дырки и берут, все линзы ставят до). Конструкция требует настройки тремя микрометрическими винтами, точность нужна высокая (единицы и даже доли мкм).

[ngl]

Спасибо, Gall)

А как просто и эффективно ослаблять луч, без использования специальных фильтров?

Мне сразу приходит в голову вариант с флоппи диском или чем-то подобным, но он, скорее всего, начнет портится при достаточно большой плотности энергии.
Наверное, можно еще диэлектрическое зеркало в режиме пропускания использовать?

[Gall]

Можно просто стекло в режиме отражения Только тогда астигматизм появится, его надо учитывать. И если есть возможность регулировать ток накачки модуля, то выставить его на самый порог генерации. Только иметь в виду, что модовый состав может меняться с мощностью. (Для серьезных задач поэтому лучше использовать лазеры с внешним резонатором, чтобы внутрь резонатора добавлять эталоны, диафрагмы и т.д.)