Выбор фокусного расстояния плоско-выпуклой линзы для коллимации лазерного пучка

Выбор фокусного расстояния плоско-выпуклой линзы для коллимации лазерного пучка

Выбор фокусного расстояния плоско-выпуклой линзы для коллимации лазерного пучка — одна из первых задач, с которой сталкивается инженер при построении оптической схемы. От этого параметра зависит диаметр коллимированного пучка, его расходимость и положение перетяжки. В каталоге Thorlabs представлены плоско-выпуклые линзы из N-BK7 и UVFS, которые чаще всего используются для коллимации излучения гелий-неоновых, фемтосекундных и импульсных лазеров, а также лазерных диодов.

При подборе линзы необходимо учитывать исходную расходимость источника и требуемый выходной диаметр пучка. Для лазерных диодов, например, характерна значительная асимметрия излучения, поэтому выбор фокусного для коллимации лазерного пучка должен выполняться с учётом быстрой и медленной осей. В документации производителя следует проверить углы расходимости по каждой оси и выбрать линзу с апертурой, достаточной для захвата всего излучения без виньетирования.

Влияние фокусного расстояния на диаметр коллимированного пучка

Диаметр коллимированного пучка прямо пропорционален фокусному расстоянию линзы и углу расходимости источника. Чем больше фокусное расстояние, тем шире пучок на выходе, но при этом возрастают требования к размеру линзы и точности юстировки. Для гелий-неоновых лазеров с малой расходимостью часто достаточно линз с фокусным расстоянием 25–50 мм, тогда как для лазерных диодов могут потребоваться линзы 4–8 мм для получения компактного пучка.

Важно помнить, что плоско-выпуклые линзы Thorlabs имеют сферическую аберрацию, которая растёт с увеличением фокусного расстояния. Для критичных применений, например, при коллимации фемтосекундных лазеров, стоит рассмотреть использование асферических линз, хотя в стандартной линейке плоско-выпуклых линз N-BK7 и UVFS можно добиться приемлемого качества пучка при правильном выборе фокусного расстояния. Инженер должен оценить допустимую волновую аберрацию по паспортным данным линзы.

Типовые ошибки при выборе фокусного расстояния

Также стоит избегать выбора линзы с фокусным расстоянием, превышающим доступное рабочее пространство. В лабораторных условиях это может привести к необходимости использования дополнительных зеркал или удлинения оптического тракта, что увеличивает потери и усложняет юстировку. Перед заказом рекомендуется провести расчёт в оптическом симуляторе или обратиться к типовым схемам, приведённым в документации Thorlabs.

Практические рекомендации по подбору

Для коллимации излучения гелий-неоновых лазеров с длиной волны 632,8 нм оптимальным выбором часто является плоско-выпуклая линза из N-BK7 с фокусным расстоянием 50–100 мм. Такая линза обеспечивает диаметр пучка 1–2 мм при расходимости менее 1 мрад. Для импульсных лазеров с высокой пиковой мощностью предпочтительны линзы из UVFS, так как они обладают меньшим коэффициентом теплового расширения и лучшей устойчивостью к термоударам.

При работе с лазерными диодами и контроллерами Thorlabs следует учитывать, что излучение диода имеет эллиптическое сечение. Выбор фокусного для коллимации лазерного пучка в этом случае часто делают по быстрой оси, а затем корректируют форму пучка цилиндрической линзой. В каталоге представлены как отдельные линзы, так и сборки для коллимации, которые упрощают задачу. Все необходимые параметры — фокусное расстояние, материал, покрытие — указаны в технической документации на каждую линзу.

Подобрать и заказать оборудование Thorlabs можно через Делазию (без контактов и телефонов — форма заявки есть на странице).