计算高斯光束聚焦后的关键参数，包括焦点光束直径和景深。
输入参数
计算结果
焦点光束直径 (2ω₀)
--
μm
景深 (DOF)
--
μm
计算详情
| 波长 | -- |
| 透镜处光束半径 (ω) | -- |
| 聚焦光束半径 (ω₀) | -- |
| 瑞利长度 (ZR) | -- |
| 远场发散角 | -- |
光束聚焦示意图
计算公式详解
变量说明
D
透镜处光束直径 (输入参数)
EFL
镜头有效焦距 (输入参数)
λ
激光波长 (输入参数)
M²
光束质量因子 (输入参数)
2ω₀
焦点光束直径 (计算结果)
ω₀
焦点光束半径
DOF
景深 (计算结果)
ZR
瑞利长度
焦点光束直径
物理意义
焦点光束直径是高斯光束通过透镜后能达到的最小直径，由衍射极限决定。
关键结论
- 与波长λ和焦距EFL成正比
- 与入射光束直径D成反比
- 光束质量因子M²越大，光斑直径越大
- 减小波长或焦距，或增大入射光束直径可获得更小的聚焦光斑
景深 (DOF)
物理意义
景深是指光束在焦点前后的一段距离内，光斑尺寸变化不超过√2倍ω₀的范围。在这个范围内，光束强度保持相对稳定。
关键结论
- 与焦点光束半径ω₀的平方成正比
- 与波长λ成反比
- 小光斑通常伴随着浅景深，大光斑则有更深的景深
- 在精密加工和高分辨率成像中，需权衡光斑尺寸和景深的关系
光学设计中的关键关系
光斑尺寸与景深的权衡
光斑尺寸和景深是光学系统设计中的一对基本矛盾。 减小光斑尺寸通常需要增大数值孔径(NA)或减小焦距，但这会导致景深变浅。 在实际应用中，需要根据具体需求平衡两者关系。
光束质量的影响
光束质量因子M²反映了实际光束偏离理想高斯光束的程度。 M²值越大，光束质量越差，聚焦光斑越大，景深越小。 对于高功率激光器，通常需要权衡功率和光束质量。