给定高斯光束的腰斑半径,如何设置NA、透镜直径还有beam diameter?

老师好,我在论坛上详细看了几个关于高斯光源设置的问题,但是我还有有些地方没有搞懂,想向老师请教一下。

1、在不选择fill lens的情况下,为了得到某一波长下某一半径的应该如何设置透镜直径和光束的直径?如1.55um波长时腰斑半径为5.2um的高斯光束?(如下图红框框住的地方怎么填)

2、在选择fill lens的情况下,为了得到某一波长下某一半径的应该如何设置透镜直径和光束的直径?如1.55um波长时腰斑半径为5.2um的高斯光束?(如下图红框框住的地方怎么填)

3、lens diameter,beam diameter以及NA到底有什么关系?

不好意思,因为我觉得论坛里的回答也没有讲得很清楚,所以想再请教一下老师,谢谢了!

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以后请给出你看过的帖子连接,以便我检查当时回复是否缺少什么,要不然帖子越来越多,不好控制,信息分散不利于大家搜索。
A1: 腰斑半径为5.2um的高斯光束,你指的是在哪里的腰斑尺寸?实际上就你给出的这个尺寸,可能用标量高斯光束就可以。
如果用矢量光束,你只能设定NA,和两个直径,至于焦面上的束腰大小,是由衍射决定的,当指定的BeamDiamter远小于LensDiameter时,可以借助几何光学中激光束通过透镜的聚焦公式大致计算,参见
http://www.colorado.edu/physics/phys4510/phys4510_fa05/Chapter5.pdf

你需要将焦距通过NA换算出来,根据我的理解,里面的D0相当于BeamDiamter。
不知道的参数请使用缺省数值。
此时,相当于给情况2添加了一个高斯角分布的光瞳函数。
A2:此时,光瞳函数在透镜直径之内是常数1,各个角度的贡献都是一样的,得到的是衍射斑,这是由物理原理决定的,光斑尺寸大致是阿贝原理公式计算的(注意,此时它指的是暗点之间的距离,参见爱里斑的定义);对于一般的圆形光瞳,光斑直径应该是2* 0.61*波长/NA。
但是,此时的发散角将小于透镜NA决定的角度。
这两种情况的区别是,前者由于有高斯光瞳函数,衍射想象不严重,得到的光斑类似于高斯型,而后者因为衍射严重,结果是由贝塞尔函数决定。

A3:它们之间没有严格的联系,否则就不会让用户输入了。但是它们对所形成光斑大小都有决定性作用。在BeamDiamter远小于LensDiameter时,例如5000和1000微米时,最后光斑的大小大致是(仅供参考)
(2lambda/pi)(lens_diamter/beam_diamter)/tan(asin(NA/n)))
其中n一般是1,也就是透镜前面的材料折射率。

请问下孙老师,如何通过NA将焦距换算出来?NA=D0’ /sqrt(D0’^2+f^2) 这样对吗?

你那样不对。
这个是根据几何光学原理计算的,我在上面的公式中近似给出了这种换算关系,是近似!因为,在不用充满透镜的情况,我们将几何光学和矢量理论混在一起了,此时经过透镜后的实际光束发散角应该是变大了。

你也可以采用前面PDF讲义中的F#计算光束大小。这些都是近似方法!