激光原理4.3激光束的变换(2014)

4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换

普通球面波在通过薄透镜的传播规律一、普通球面波在通过薄透镜的传播规律1. 透镜的成像公式：

f

1

11=+4-15图4-15 球面波通过薄透镜的变换

s s ′2. 从光波的角度看，当傍轴波（）

二、高斯光束通过薄透镜的变换

当通过薄透镜时, 高斯光束经过薄透镜变换后仍为高斯光束。若以M

1

表示高斯光束入射在透镜表面上的波面, 由于高斯光束的等相位面为球面经透镜后被转换成另球由于高斯光束的等相位面为球面,经透镜后被转换成另一球

面波面M

2而出射, M

1

与M

2

的曲率半径R

l

及R

2

之间的关

系满足4-16式。同时,由于透镜很“薄”,所以在紧挨足（6）。,镜,紧

透镜的两方的波面M

1及M

2

上的光斑大小及光强分布都应该

完全一样。以w表示入射在透镜表面上的高斯束光斑半径,

w ，表示出射高斯束光斑半径。

图4-16 高斯光束通过薄透镜的变换

高福斌/19

2

f

′R R

w =+z ⎥

=+(345)(344)020()1w z w π⎜⎟

⎝⎠

01R z λ⎢⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦

(3-45)

(3-44)

4-16图416 高斯光束通过薄透镜的变换

4.3.2高斯光束的聚焦4.3.2 高斯光束的聚焦

实际应用中，为了提高激光的光功率密度，需要对高斯光束进行聚焦，即

00

'w w <图4-16 高斯光束通过薄透镜的变换

核心问题：

这与几何光学中的平行光

通过透镜聚焦在焦点上的

。

情况类似。

图4-17 短焦距透镜的聚焦

z高斯光束聚焦的方法：

1.采用短焦距透镜，使

2.加大入射光在透镜面处的光斑半径

2.

(1)通过加大

(1)

半径w

从而加大w:

用凹透镜直接加大发散角用两个凸透镜聚焦

22λθ=

(3-40)

w π核心改善光束的方向性缩光束的发散角一、核心问题：改善光束的方向性，即压缩光束的发散角

①用单透镜22λθ=

高斯光束发散角:

(3-40)w π(4-42)

2λ

②用望远镜

首先利用一个短焦距透镜将高斯光束聚焦，获得极图(4-20) 倒装望远镜系统压缩光束发散角

小的腰斑；然后再利用一个长焦距透镜改善光束的方向性达到准直的目的性，达到准直的目的。

(340)2λ=

2(3-40)

2w θπ1"

020

22f w f w λ

λθππ′′⇒==(4-46)

定义高斯光束通过透镜系统后光束发散角的压缩比为