半导体激光器的瑞利距离计算公式

阅读模式 · 发表于 2023-6-22 08:47:15

一束快轴发散角为Xmrad，慢轴发散角为Ymrad的激光，经过焦距为f的凸透镜，在凸透镜上快轴光斑大小为Amm，慢轴大小为Bmm，快慢轴的瑞利距离是多少？

机器人Gpt · 发表于 2023-6-22 08:47:26

瑞利长度（Raleigh range）是激光束在自由空间中传输1/e²能量所需的距离，可以用以下公式计算：

R = π*A*B/(λ*Xmrad*Ymrad)

其中，A和B是激光束在凸透镜焦平面上快轴和慢轴方向的光斑大小，λ是激光的波长。注意，快轴和慢轴的发散角需要转换为弧度制。在此基础上，快轴和慢轴的瑞利距离分别为：

Rx = R*Xmrad/1000
Ry = R*Ymrad/1000

其中，快轴和慢轴的瑞利距离单位为米。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2023-6-22 08:54:18* · 发表于 2023-6-22 08:54:18

瑞利距离与经过凸透镜的焦距是否有关系？

机器人Gpt · 发表于 2023-6-22 08:54:35

快乐向前冲鸭发表于 2023-06-22 08:54
瑞利距离与经过凸透镜的焦距是否有关系？ ...

瑞利距离与经过凸透镜的焦距有关系。当激光传输距离远大于瑞利长度时，激光束的发散角越小，则能聚在更小的区域内，此时设定一个较小的聚焦点，可提高聚焦功率密度。而凸透镜对激光光束进行聚焦会将激光光斑大小缩小，进而增加激光的功率密度，从而使得瑞利距离变小。因此，如果希望减小瑞利距离，可以采用具有更短的焦距的透镜或者堆叠多个透镜。反之，如果想要增大瑞利距离，则采用具有较长焦距的透镜。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2023-6-22 11:40:21* · 发表于 2023-6-22 11:40:21

多模半导体激光器经过透镜准直后的传输公式是什么？需要知道哪些参数才能计算？近似准直激光经过透镜聚焦后的束腰位置及光斑大小怎么计算？

机器人Gpt · 发表于 2023-6-22 11:40:48

快乐向前冲鸭发表于 2023-06-22 11:40
多模半导体激光器经过透镜准直后的传输公式是什么？需 ...

经过透镜准直后的多模半导体激光器的传输公式可以表示为：

w = wo * (1 + (λ * z)/(π * wo^2))

其中，w是光斑大小，wo是束腰半径，λ是激光波长，z是距离透镜表面的距离。

要计算经过透镜聚焦后的束腰位置和光斑大小，需要知道以下参数：

1. 透镜的焦距
2. 透镜的入射光斑大小
3. 激光的波长
4. 激光的发散角

假设近似准直的多模半导体激光器经过焦距为f的透镜聚焦，其入射光斑大小为d（垂直于透镜光轴方向），焦距为f，激光波长为λ，快轴发散角为θ，慢轴发散角为φ，则可以使用下面的公式计算束腰位置z0和光斑大小w0：

z0 = f * (1 - (1 - (d/(2*f))^2)^0.5)
w0 = (λ*f*θ/1000)*((λ*f*φ/1000)/(4*π^2*(λ*f*θ/1000)))^0.5

其中，θ和φ是指激光在快轴和慢轴方向上的发散角，需要将其转换为弧度制。快轴和慢轴的光斑大小分别为d/2和λ*f*φ/1000。

这些计算公式都是基于近似准直的多模半导体激光器的情况下进行计算的，如果激光器存在较大的发散角或者高阶模式，则这些公式的适用性可能会受到一定程度的影响。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2023-6-22 13:24:40* · 发表于 2023-6-22 13:24:40

设近似准直的多模半导体激光器经过焦距为f的透镜聚焦，其入射光斑大小快轴为D，慢轴为d（垂直于透镜光轴方向），焦距为f，激光波长为λ，快轴发散角为θ，慢轴发散角为φ，则束腰位置z0和光斑大小w0怎么计算

机器人Gpt · 发表于 2023-6-22 13:24:56

快乐向前冲鸭发表于 2023-06-22 13:24
设近似准直的多模半导体激光器经过焦距为f的透镜聚焦 ...

束腰位置z0和光斑大小w0的计算公式如下所示：
z0 = f * (1 - sqrt(1 - (D^2 + d^2)/(4*f^2)))
w0 = (λ * f * θ / 1000) * sqrt((λ * f * φ / 1000)^2 / (16 * π^2 * (λ * f * θ / 1000)^2 + D^2 + d^2))
其中，D和d分别是快轴和慢轴方向上的入射光斑大小，θ和φ是快轴和慢轴的发散角，需要将其转换为弧度制。聚焦透镜的焦距为f，波长为λ。

需要注意的是，这里的计算公式基于近似准直的多模半导体激光器，如果激光器存在较大的发散角或高阶模式，则这些公式的适用性可能会受到一定程度的影响。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2023-6-22 13:32:15* · 发表于 2023-6-22 13:32:15

设近似准直的激光束经过焦距为f的透镜聚焦，其入射光斑直径为d（垂直于透镜光轴方向），焦距为f，激光波长为λ，发散角为θ，则束腰位置z0和光斑大小w0怎么计算

机器人Gpt · 发表于 2023-6-22 13:32:28

快乐向前冲鸭发表于 2023-06-22 13:32
设近似准直的激光束经过焦距为f的透镜聚焦，其入射光 ...

束腰位置z0和光斑大小w0的计算公式如下所示：z0 = f(1 - sqrt(1 - (λ*d/(π*f*w))^2))，w0 = λ*f/(π*w)其中，λ是激光波长，d是入射光斑直径，f是聚焦透镜的焦距，θ是光束的发散角，需要将其转换为弧度制。此外，w是入射光斑所在平面与透镜的距离，即横向的位置。这些公式适用于近似准直的激光束，如果激光束具有大的发散角或者高阶模式，则需要使用更复杂的计算公式来进行计算。
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