国外激光应用教程(内有大量计算公式，包括光纤等.pdf-资料库

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偏振偏振是所有激光束固有的一项重要光学特性。布鲁斯特窗口、反射式园偏振镜和吸收式薄膜反射器都利用了偏振的特点。另一方面，如果您忽视了偏振，它可能会为您带来麻烦，有时还会导致无法预测的结果。实际上，所有激光源都会表现出某种程度的偏振特性，因此，您有必要了解它的影响，以便正确地选择元件。下面的内容提供了关于偏振的基本定义，并介绍了几种常见的偏振类型。光是一种横向电磁波；这意味着电场矢量和磁场的矢量垂直于波的传播方向。（图 1。）当某个波列的所有电场矢量都处于同一平面时，我们可以说这个波是平面偏振或线偏振。这个平面的方向即为偏振方向。图 1偏振矢量的方向非偏振光是指一组电场沿所有方向均匀分布的波。（图 2。）虽然其中单个波列可能会发生线偏振，但所有的波叠加起来，并不会呈现出一个占据优势的偏振方向。图 2非偏振光随机偏振光，顾名思义，其光线具有平面偏振的特性，但是偏振方向不明，而且可能会随时间发生变化。随机偏振会导致光学系统出现问题，因为某些元件对偏振敏感。如果偏振状态随时间发生变化，那么元件的透射、反射和/或吸收特性也会随时间变化。偏振是一个具有方向和振幅的矢量。它和所有矢量一样，是在任意坐标系中定义的，是各个垂直相交的分量之和。在图 3 中，我们看到一个平面偏振波，它所指的方向与坐标系的轴成 45° 角。因此，在这个坐标系中，该矢量的 x 分量和 y 分量相等。如果我们在这些分量间引入 90° 的相位差（即四分之一波长），则会得到一个波，其电场矢量的振幅是固定的，但当我们向下移动波列时，这个波的方向会发生变化。（图 4。）这个波发生的是圆偏振，因为波经过某个定点时，振偏矢量的末端会划出一个圆形轨迹。如果我们有两个波列，分别具有不同的振幅，且两者的相差为四分之一波，则会产生椭圆偏振现象。当波经过某个定位时，偏振矢量的末端会划出椭圆形的轨迹。长轴与短轴的比率即为该偏振的椭圆率。当您订购用于非正入射光的光学涂层时，请务必指定偏振方向。如果您不知道如何确定光源的偏振状态，请联系我们的应用工程师，以寻求帮助。

一个波被解析为两个相等的分量，这两个分量与原矢量均成 45° 角（图 3）。在分量间引入四分之一波的相差，可以得到一个振幅恒定（图 4）、但偏振矢量不断旋转的波。当光线以非垂直角度穿透光学元件（如分光镜）的表面时，其反射和透射特性均依赖于偏振现象。在这种情况下，我们使用的坐标系是用含有输入和反射光束的那个平面定义的。如果光线的偏振矢量在这个平面内，则称为 p 偏振，如果偏振矢量垂直于该平面，则称为 s 偏振。任何一种输入偏振状态都可以表示为 s 和p分量的矢量和。

对于 s 偏振，输入偏振垂直于包含输入和输出光束的那个平面（用彩色部分表示）。对于 p偏振，输入偏振与包含输入和输出光束的那个平面（用彩色部分表示）平行。若要理解 s 和 p 偏振的重要性，请查看下图，它显示的是10.6µm的光波在单一硒化锌表面的 s 和 p 分量反射率函数，该函数以入射角为参数。注意，s 分量的反射率随角度稳步增加，而 p 分量的反射率先是在 67°时减小到 0，随后逐步上升。p 分量的反射率降为 0的那个角度，被称为布鲁斯特角。这一效应可以通过多种方法加以利用，制造出无透射损耗的偏振元件或无镀膜窗口，如布鲁斯特窗口。本图表示的是 s 偏振与 p 偏振的单一表面反射率函数（采用硒化锌表面，光的波长为 10.6µm），该函数以入射角为参数。在激光切割应用领域，偏振状态具有极为重要的意义。请看我们的反射式园偏振镜，它能为激光切割提供最佳的偏振特性。

教程：如何选择合适的聚焦透镜搜索案例 1：在透镜焦距已经固定的情况下，确定最佳输入光束直径出于系统机械设计的考虑因素，往往会对透镜的焦距造成限制。例如，根据限制，聚焦透镜与工件之间的距离会有一个最小限度。在这种情况下，最实际的做法是，选择焦距符合系统机械部分限制条件的透镜，然后根据该透镜改变输入光束的直径，以尽可能地减小焦点尺寸。为了确定采用多大的输入光束直径才能将光斑尺寸减到最小，我们根据计算光斑大小的方程式，先对光束直径求导数，然后将导数设为 0，求出光斑的最小值。这将得到下列方程：回到我们的上一个例子，如果使用硒化锌制作凹凸透镜，则其焦距限值为 5.00”，即 127 mm，我们可以计算出，最佳输入光束直径为 26 mm。将这个值代入计算光斑大小的方程式，得出光斑大小为 86µm，这和我们在“确定光斑大小” 部分中看到的数字相同。如果我们对焦距为 5.00” 的硒化硫平凸透镜进行计算，可以得出最佳输入光束直径为 24 mm，它提供的焦点直径为96µm。如果系统中现有的激光光束直径与计算出的输入光束直径相去甚远，请扩大或缩小激光光束直径，使它等于这一尺寸。要扩大或缩小光束的直径，您可以使用扩束镜或聚光器，也可以用多个透镜自制扩束镜或聚光镜。案例 2：在输入光束直径已经固定的情况下，确定最佳透镜焦距如果不可能或不愿改变系统的光束直径大小，您最好知道使用何种焦距才能使光斑尺寸减到最小。为了确定采用多大的焦距才能将光斑尺寸减到最小，我们根据计算光斑大小的方程式，求出关于焦距的导数，然后将导数设为 0，求出光斑的最小值。这将得到下列方程：在求出最佳焦距后，您可以在我们产品目录中找出焦距与最佳值最相近的透镜，此外，在某些重要的应用，贰陆公司还

可以为您精确地制作具有所需的焦距和公差的光学元件。正如在先前的讨论中看到的那样，当焦距或输入光束直径存在限制情况下，能够得到的焦点大小有一个限值。如果计算出的最小光斑大于当前应用中所需的尺寸，那么您别无选择，只能寄希望于改变某些光学系统参数了。注意对于大功率 CO2 激光器，一般不建议使用的透镜的直径大于光束直径 (1/e2) 的 1.5倍以上。如果大于此倍数，发生热形变的可能性会相应增加。之所以会如此，是因为透镜中央被光束照射而受热的区域与边缘较冷的区域的距离增大，导致整个光学元件的热梯度过大。

教程：红外光学元件的处理和清洁搜索红外光学元件的处理和清洁在处理红外光学元件时应格外小心。请注意下列防范措施： l 在处理光学元件时，应始终佩戴无粉指套或橡胶/乳胶手套。皮肤上的污物和油迹会严重污染光学元件，使其性能大幅度下降。 l 请勿使用任何工具操作光学元件，包括镊子。 l 出于保护的目的，应始终将光学元件放置在提供的拭镜纸上。 l 请勿将光学元件放置在坚硬或粗糙的表面。红外光学元件很容易被划伤。 l 不可对裸露在外的金或铜表面进行清洁或触摸。 l 所有用来制作红外光学元件的材料都是易碎的，无论它们是单晶体还是多晶体，无论晶粒是大是小。它们的强度不如玻璃，无法承受通常用于玻璃光学元件的那些操作程序。由于在清洁已安装镜架的光学元件时会遇到多种问题，建议您只将此处描述的清洁程序用在未安装的光学元件上。如果必须清洁已安装的光学元件，请参考方括号中那些采用斜体字体的部分。它们是在清洁已安装的光学元件时必须执行的额外步骤。注意：除了进行以下介绍的第一，二步清洁，新光学元件不需要进行其它清理。在离开贰陆之前，我们已对元件进行了高质量的清洁和包装。如果您怀疑新收到的元件有污染或外观问题，请尽快联络贰陆步骤 1-针对轻度污染（灰尘、纤维微粒）进行柔性清洁在继续下面的清洁步骤之前，先用一个吹气气囊吹掉光学元件表面散落的污染物。如果这一步没有去除污染，请继续执行步骤 2。注意：避免使用车间里的空气管道，因为它们通常含有大量的油和水。这些污染物会在光学元件的表面形成有害的吸收层。 [对于已安装的光学元件，无需执行额外的步骤。] 步骤 2-针对轻度污染（污渍、指印）进行柔性清洁用丙酮或异丙醇酒精浸润一个未使用的棉签或棉球。用湿棉轻轻擦拭光学元件的表面。请勿用力摩擦。在表面拖动湿棉，控制拖动速度，使湿棉后面留下的液体恰好能立即蒸发。如此将不会留下条痕。如果这一步没有去除污染，请继续执行步骤 3。注意：只能使用签体纯纸杆棉签，以及高质量医用棉球。建议使用试剂级的丙酮和异丙醇酒精。

[对于已安装的光学元件，无需执行额外的步骤。] 步骤 2 （备用方法）“拖动法” –针对轻度污染进行柔性清洁（注意：“拖动法”并不是贰陆红外公司的首选清洁方法。）将拭镜纸放在光学元件的表面。使用滴管，挤出几滴丙酮滴在拭镜纸上，润湿整个光学元件直径。请不要拿起拭镜纸，应在光学元件上拖动拭镜纸并控制速度，使拭镜纸后面留下的液体恰好能立即蒸发。如此将不会留下条痕。如果这一步没有去除污染，请继续执行步骤 3。注意：只能使用光学元件清洁工具套件中提供的拭镜纸或其他高品质拭镜纸。建议使用试剂级的丙酮。 [这一方法无法用于已安装的光学元件。] 步骤 3 –针对中度污染（唾液，油）进行中等强度的清洁用蒸馏白醋浸润一个未使用过的棉签或棉球。用湿棉擦以轻微的压力拭光学元件的表面。用一个干净的干棉签擦去光学元件上多余的蒸馏醋。随即用丙酮浸润一个棉签或棉球轻轻擦拭光学元件的表面，去除所有的醋酸。如果这一步没有去除污染物，请继续执行步骤 4。注意：只能使用签体纯纸杆棉签。只能使用经过捡选、不含任何研磨物的高质量医用棉球。您应当使用含有 6%醋酸成份的蒸馏白醋。 [对于已安装的光学元件，无需执行额外的步骤。] 步骤 4 –对受到严重污染（泼溅物）的光学元件进行强力清洁

警告：步骤 4 绝不能用于新的或未使用过的激光光学元件。只有光学元件在使用中被严重污染，且在执行步骤 2 或 3后未能取得可以接受的清洁效果的情况下才能使用这一步骤。如果去除了薄膜涂层，光学元件的性能将被完全破坏。如果光学元件的颜色发生明显变化，说明它的薄膜涂层已被去除。受到严重污染和较脏的光学元件，可能需要使用光学抛光化合物去除具有吸收作用的污染层。 A. 在打开装有抛光剂的容器前，应充分晃动该容器。倒出四或五滴抛光剂，将其滴在棉球上。在需要清洁的光学元件表面，以划圆的方式轻轻移动棉球。切勿按压棉球！应利用棉球自身的重量，在表面轻轻地拖动。如果施加太大压力，抛光剂会很快在光学元件的表面造成划痕。请不断旋转光学元件，以免会对某个方向进行过度抛光。清洁光学元件所用的时间不应超过 30秒。如果在这一步骤中，您发现光学元件表面的颜色发生变化，应立即停止抛光。颜色改变，说明薄膜涂层的外部已被腐蚀。 [对于已安装的光学元件，如果要对它的表面进行全面清洁，则应使用绒头棉签，而不是棉球。特别是在光学元件的直径较小时。请务必小心，不要在使用棉签时对其施加压力。 [绒头棉签的制作方法是，将一根未使用过的棉签放在不含有外部微粒的泡沫上，然后前后摩擦。] 步骤 4（续） B. 在使用抛光剂之后，用蒸馏水浸润一根未使用的棉签，然后用它轻轻擦拭光学元件的表面。彻底蘸湿光学元件表面，尽可能去除抛光残渣。切勿使光学元件的表面变得干燥。这会使去除抛光残渣的工作变得更加困难。 [对于已安装的光学元件，可以换用绒头棉签。尽可能多地去除抛光残渣，特别是在镜座的边缘附近。] 步骤 4（续） C. 用异丙醇酒精迅速润湿一根绒头棉签，然后用它轻轻地对光学元件的表面进行彻底清洁。用棉签的头部盖住整个表面，尽可能多地清除抛光残渣。注意：如果光学元件的尺寸大于或等于 2.00”，则这一步骤可以用棉球代替棉签。

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