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Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2025-12-30 origine:Propulsé
La collimation fait référence au degré auquel un faisceau laser reste parallèle lorsqu'il se propage sur une distance. Un faisceau collimaté idéal a des bords parfaitement parallèles et ne diverge jamais, avec un angle de divergence d'exactement 0. Cependant, cela est impossible en réalité et n'existe que dans certains films de science-fiction où les faisceaux laser s'étendent à l'infini avec un diamètre constant. En réalité, les faisceaux laser divergent inévitablement, et lorsque la distance au laser est suffisamment grande, son intensité peut même suivre une loi du carré inverse.
Pour les sources de lumière monochromatique cohérente comme les lasers, le degré de divergence est principalement affecté par le diamètre du faisceau (sortant ou taille du faisceau) et la longueur d'onde. Plus précisément, plus le faisceau est large, plus la divergence est faible ; plus la longueur d'onde est courte, plus la divergence est petite. Les lasers de petite taille produisent généralement des faisceaux avec une divergence plus forte, principalement parce que le diamètre du faisceau de ces lasers est généralement plus petit, plutôt que directement dû à leur taille. Cette caractéristique découle de la limite de diffraction de la propagation des ondes et ne peut être surmontée par des éléments optiques ; un faisceau à la fois étroit et à faible divergence n’existe tout simplement pas.
(Reportez-vous au diagramme « Angle de diffusion, taille du faisceau, longueur de Rayleigh ». Notez que l'angle de diffusion dans le diagramme est grandement exagéré et que la taille du faisceau des lasers les plus courants est en fait située à l'intérieur de la cavité résonante ou sur un certain miroir.)
La formule pour l'angle de divergence total (en radians) d'une source d'onde plane est :
Pour calculer l'angle de divergence du demi-angle (comme indiqué dans certaines spécifications laser), divisez simplement le résultat par 2. Cette formule et la loi du carré inverse de l'intensité lumineuse ne s'appliquent qu'aux scénarios dans lesquels la distance du laser dépasse la longueur de Rayleigh (beaucoup supérieure à la taille du faisceau) et nécessitent que des conditions idéales soient remplies : compte tenu du diamètre du faisceau (taille du faisceau), l'angle de divergence en champ lointain ne peut pas être réduit davantage sans re-collimation.
Il convient de noter que la position de la source ponctuelle effective ne coïncide généralement pas avec l'ouverture de sortie du laser ; de même, le diamètre du faisceau ne fait pas nécessairement référence à la taille du spot lorsque le faisceau sort de la cavité résonante, mais peut être le diamètre de la taille du faisceau (qui peut être situé à l'intérieur ou à l'extérieur de la cavité résonante). Les composants optiques de la cavité résonante (tels que la courbure des miroirs, la courbure externe du miroir de couplage de sortie, etc.) affecteront la taille du faisceau.
La formule de base pour la taille du spot limitée par la diffraction d'un faisceau gaussien idéal est :
Étant donné que « longueur focale de l'objectif/diamètre du faisceau » reflète essentiellement la vitesse de convergence du faisceau et constitue également le « nombre f » du système optique, la formule ci-dessus peut être exprimée de manière équivalente comme :
Pour calculer la distance focale requise de l'objectif en fonction de la taille du spot cible, la formule est la suivante :
Si la valeur M⊃2; du faisceau n'est pas égale à 1 (faisceau gaussien en mode fondamental TEM₀₀ non circulaire), la taille du spot final augmentera ; si le diamètre du faisceau est strictement limité par l'ouverture, 4/π dans la formule doit être remplacé par 2,44, et le résultat calculé est le diamètre du spot correspondant à la première frange sombre.
Un laser hélium-néon idéal a une ouverture de 0,5 mm, une longueur d'onde de 632,8 nm et un angle de divergence d'environ 1,6 milliradians. En utilisant un objectif d'une distance focale de 25 mm, la taille minimale du spot est d'environ 40,28 micromètres. Si le faisceau est d'abord étendu à 10 mm et collimaté, puis focalisé à l'aide de la même lentille, la taille du spot peut être réduite à un peu plus de 4 micromètres.
Certaines spécifications laser incluront un paramètre « millimètre-mRad (mm-mRad) ». Ce paramètre représente le produit de la taille du faisceau (en millimètres) au niveau du plan incident, du plan du champ proche ou de la taille du faisceau (où le faisceau est à sa plus petite taille) et de la divergence angulaire en champ lointain (en milliradians). Il est important de noter que différents fabricants peuvent définir la « taille du faisceau » différemment, notamment pleine largeur, demi-largeur, mi-hauteur pleine largeur, largeur 1/e, largeur 1/e⊃2;, largeur de la première frange sombre, écart type, largeur contenant 86 % de l'énergie, etc.
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